钢筋冷挤压套筒连接装配式再生混凝土柱抗震性能研究

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装配式结构与再生混凝土技术满足高效节能、绿色环保的要求,在工程应用上越来越广泛。本文作者提出了一种钢筋冷挤压套筒连接装配式再生混凝土柱,以轴压比、纵筋率、再生细骨料取代率为参数,采用抗震性能试验、有限元模拟和参数化分析相结合的方法,对该9个钢筋冷挤压套筒连接装配式再生混凝土柱和1个现浇再生混凝土柱的抗震性能进行了深入研究。本文主要研究工作及成果如下:(1)作者提出了一种纵向钢筋采用冷挤压套筒连接的装配式再生混凝土柱,其上、下柱在工厂里采用再生细骨料混凝土预制,柱对接端预留一定长度的外露钢筋,在现场拼装时采用冷挤压套筒连接,之后在连接带后浇混凝土,形成整体的受力构件。该种形式有连接牢固可靠、施工方便、操作简单等优点,再生混凝土的使用符合绿色环保、可回收利用的概念。(2)在本文试验条件下,相同参数的装配式与现浇框架柱构件抗震性能试验结果表明:(1)两者的破坏形态非常相似,均为受压区混凝土被压碎,纵筋受拉屈服,箍筋屈服,呈现出弯剪破坏的典型特征;(2)两者的滞回曲线进入弹塑性阶段后均呈现梭形,各级滞回路径相似,表明挤压套筒传力良好,连接可靠,构件具有良好的承载能力、变形能力及耗能能力,能够运用到实际抗震结构中。(3)9个不同轴压比、纵筋率、再生细骨料取代率的装配式框架柱构件的试验结果表明:(1)随着轴压比的增大,构件承载力增大,延性下降,轴压比0.15、0.3柱构件耗能能力最优;(2)随着纵筋率的增大,构件承载力增大,耗能能力提高,延性有所提高,但高纵筋率2.45%提升耗能能力不明显且延性相比纵筋率1.59%有所降低。(3)再生细骨料取代率为30%时对构件承载能力影响较小,但取代率越大,延性越差,30%取代率的耗能能力与普通混凝土柱相差较小。(4)装配式构件承载能力优于现浇柱构件,延性差于现浇柱构件,大刚度套筒的存在提高了装配式构件的耗能能力。(4)利用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,对混凝土约束区与非约束区分别使用Mander约束混凝土本构与《混凝土结构设计规范》中的混凝土本构,利用“Friction”接触关系模拟施工缝,有限元分析结果与试验结果拟合良好。对试验未涉及的轴压比、纵筋率、剪跨比及体积配箍率进行参数化分析。结果表明:(1)在高轴压(0.7、0.8、0.9)下,构件承载能力、延性下降,容易发生剪切破坏;(2)通过对试验的纵筋率插值进行扩展分析,确定纵筋率合理取值范围为1.14%-2.28%;(3)剪跨比的降低能显著提高构件的承载能力,但会发生混凝土破坏先于纵筋屈服的情况,使构件破坏由弯矩控制转变为剪力控制,混凝土容易发生剪坏;(4)体积配箍率的增大对于长柱承载能力提升效果不明显,但低配箍率会导致构件延性降低,抗剪能力下降,容易发生剪切破坏。(5)最后,综合试验结果与有限元分析结果,提出了钢筋冷挤压套筒连接装配式再生细骨料混凝土柱的设计与施工建议,并且通过计算发现,可按照现行规范进行正截面受弯承载力与斜截面受剪承载力设计。
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