磁流变阻尼器CFRP筋/钢筋混合配筋混凝土柱抗震性能试验研究

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柱是建筑结构中重要的竖向承重构件,其性能的好坏直接影响结构的安全和稳定,是地震多发地区保证建筑结构安全的关键。普通钢筋混凝土柱在大地震后损伤严重,屈服之后产生较大的残余变形使地震后的结构难以修复,严重影响震后人们的生产生活。CFRP筋具有抗拉强度高和线弹性的性质,磁流变阻尼器具有出力大、响应速度快和便于控制的特点,本文将两者结合起来应用到钢筋混凝土柱上,着重研究MRD的使用方式对CFRP筋/钢筋混合配筋混凝土柱抗震性能的影响,以期增强柱的自复位性能和耗能能力,减小残余变形,进而提高结构的抗震性能和震后的可修复性。本文设计并制作了3个剪跨比为4.3的混凝土柱,其中1个是钢筋混凝土柱,另外2个是CFRP筋/钢筋混合配筋混凝土柱,并在这2个柱体上配置磁流变阻尼器(MRD),完成了这3个试件在轴压比为0.15下的拟静力试验。通过对3个试件的试验现象、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、残余变形、耗能能力和损伤指标等方面的分析,探讨了MRD及其使用方式对柱抗震性能和自复位性能的影响。试验结果表明:(1)3个试件最终均发生弯曲破坏。与钢筋混凝土柱相比,配置MRD的CFRP筋/钢筋混凝土柱的裂缝发展更充分,分布更均匀,范围更广泛。钢筋混凝土柱的裂缝平均间距为100mm,最高的裂缝高度为800mm,占柱体高度的72.7%,而配置MRD的CFRP筋/钢筋混凝土柱的裂缝平均间距为150mm,其中一设阻尼器试件的裂缝分布高度最高,最高的裂缝高度为960mm,占柱体高度的87.3%。(2)配置MRD的CFRP筋/钢筋混凝土柱的滞回曲线成饱满的梭形。与钢筋混凝土柱相比,配置MRD的混凝土柱承载力更高,峰值荷载最大提高了40.8%,同时,试件的极限位移角也达到了1/25,大于《高层建筑混凝土结构技术规程》中所规定的弹塑性层间位移角限值1/50。(3)MRD对柱的自复位能力影响较大。对于配置阻尼器的柱,卸载为零时关掉MRD电源,试件的残余变形比电源开启时明显减小,最大减小59.2%,残余裂缝宽度最大减小63.6%,试件的残余变形比混凝土柱小40%以上。(4)MRD对柱的耗能能力有显著影响。配置MRD的混合配筋柱的单循环耗能最多比钢筋混凝土柱大140%,累积耗能是钢筋混凝土的2倍多,能量耗散系数是钢筋混凝土柱的1.5倍,在加载中后期阻尼器对耗能的贡献达到50%以上。(5)通过3个试件的损伤分析可知,相同层间位移下,配置阻尼器的CFRP筋/钢筋混凝土柱的损伤程度要小于钢筋混凝土柱,说明采用CFRP筋和钢筋混合配筋可以减小混凝土柱的损伤。
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