高强钢筋混凝土短柱斜向抗震性能试验研究

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钢筋混凝土短柱在强震作用下容易发生剪切破坏,影响钢筋混凝土框架结构的整体安全,国内外学者对其进行了广泛的研究。目前对钢筋混凝土短柱的研究主要集中在主轴加载方向,轴压比较小,且针对短柱脆性破坏的问题给出加强措施较少。本文采用试验研究和数值模拟相结合的方法,研究了高轴压比斜向荷载作用下配置高强纵筋的钢筋混凝土短柱的抗震性能,并提出了加强措施。主要研究如下:对6根配置高强纵筋的钢筋混凝土短柱,进行高轴压比斜向荷载作用下的低周反复加载试验,研究了试件的破坏形态、滞回曲线、承载力、变形能力、刚度和耗能性能等抗震性能指标,分析了加载角度、轴压比、密布高强箍筋、碳纤维布约束、钢板网约束对钢筋混凝土短柱抗震性能的影响。根据试验测得的各种材料的材料性能,选用OpenSees软件,通过选择合适的材料本构关系、受力单元、截面划分等对试件进行合理建模,模拟钢筋混凝土短柱在各种试验条件的滞回性能,并与试验结果进行对比。研究结果表明,与水平荷载作用相比,斜向荷载作用下钢筋混凝土短柱在加载方向的角部混凝土因受到双向荷载作用,损伤严重,试件承载力变差,刚度退化严重。斜向荷载作用下轴压比的增加使得试件的混凝土大面积脱落,破坏更加严重,其承载力增加,但变形能力下降,刚度退化严重,试件容易发生脆性破坏,不利于试件抗震性能的发挥。密布高强箍筋试件相比普通箍筋试件斜裂缝较少,试件破坏较轻,其滞回曲线饱满,强度和耗能能力得到提升,试件由剪切破坏向弯剪破坏转变,这主要是由于密布高强箍筋为混凝土和高强纵筋提供了较强的侧向约束力,较好的发挥了高强钢筋的性能。在密布高强箍筋的基础上柱端缠绕碳纤维布虽然限制了斜裂缝的发展,提高试件的水平承载力和耗能能力,但柱端碳纤维布的突然断裂使得试件破坏较早,对其变形能力的改善并不显著。在密布高强箍筋的基础上柱端包裹钢板网提高了对柱端混凝土的约束程度,限制了斜裂缝的发展,试件滞回曲线饱满,承载力、变形能力、耗能能力均得到提高,试件由剪切破坏向弯剪破坏转变,这表明密布高强箍筋和柱端钢板网约束均可有效改善钢筋混凝土短柱在高轴压比斜向荷载作用下的抗震性能,且密布高强箍筋和柱端钢板网约束组合使用抗震性能改善效果更佳。此外,OpenSees有限元程序通过合理选择材料本构、截面恢复力模型、受力单元等可较好的模拟高轴压比斜向荷载作用下高强钢筋混凝土短柱的滞回性能。
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