PC框架自愈合SMA-ECC节点抗震性能试验研究

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梁柱节点作为框架结构最重要的组成部分,受力复杂,其性能优劣对于结构整体抗震性能至关重要。节点核心区裂缝一旦出现,难以修复,或者修复成本昂贵。裂缝持续存在,不仅影响结构受力性能,而且为腐蚀性介质的侵入提供通道,从而加速钢筋锈蚀和结构破坏,导致耐久性降低。本文将达到奥氏体完成温度的SMA纤维掺入传统ECC,制得新型裂缝自愈合SMA-ECC水泥基复合材料,用其代替装配式框架梁柱节点核心区混凝土,使节点具有高延性、高耗能以及裂缝自愈合能力,降低节点地震损害和震后维修成本。本文主要研究SMA-ECC的材料性能、自愈合评价以及在装配式节点中的适用性,研究工作与取得成果如下:(1)制备出具有裂缝自愈合能力的SMA-ECC材料。首先,基于干燥收缩性能确定SMA-ECC水胶比和砂胶比,使得自愈合材料的尺寸变化率与混凝土变形协调,避免两种材料的界面边缘出现翘曲、剥离。然后,采用单轴拉伸、压缩试验,研究粉煤灰、矿粉、PVA纤维和SMA纤维掺量等因素对SMA-ECC拉、压性能的影响规律。最后,基于试验结果优化出SMA-ECC的配合比,使其干燥收缩率和力学特性均能满足装配式框架节点后浇核心区的材料性能要求。(2)采用宏观裂缝、力学性能和内部损伤愈合情况等指标评价SMA-ECC材料的自愈合能力。通过四点弯曲预裂试验研究裂缝愈合数量和力学性能恢复程度。结果显示,预裂至极限弯曲位移50%,SMA-ECC材料自愈合程度达90%以上,裂缝基本完全愈合;即使预裂至70%,仍有超过一半的裂缝愈合。基于超声脉冲检测的声速和振幅变化来表征内部损伤愈合效果,预裂SMA-ECC的声学参数恢复程度与力学性能愈合指标一致。(3)提出一种震后裂缝可自愈合的SMA-ECC装配式框架梁柱节点。同时制作ECC装配式节点和现浇整体节点作为对比试件,通过拟静力试验研究其抗震性能和裂缝自愈合能力。试验结果表明:SMA-ECC梁柱节点为典型梁铰破坏模式,滞回曲线较其他两种节点更饱满,“捏缩”效应小,强度高、耗能强、延性大,抗震性能最优。并且,震后节点区裂缝消失,声速和振幅基本恢复,表明内部损伤修复,实现稳定的裂缝自愈合能力。
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