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随着我国城市化进程的加快,高层建筑甚至是超高层建筑越来越多,构件的尺寸也越来越大。目前,国内外对钢筋混凝土梁(受剪和受弯)、柱(轴心受压、偏心受压、约束混凝土)、节点的力学性能尺寸效应做了大量的工作。大都得到较明确的结论,即钢筋混凝土构件存在不同程度的尺寸效应,以剪切破坏为主构件的尺寸效应最为明显。 然而,一直以来,由于试验条件的限制,国内外对钢筋混凝土柱抗震性能的研究主要是基于小尺寸的试件展开,对钢筋混凝土柱的抗震性能尺寸效应的研究成果很少。因此,随着试验条件的改善,有必要对钢筋混凝土柱的抗震性能是否存在尺寸效应进行探讨,以便确认基于小尺寸试件得到的抗震性能是否适合各种截面尺寸。 鉴于上述情况,本文围绕钢筋混凝土柱抗震性能尺寸效应问题开展了试验研究和机理分析,按照弯曲破坏、弯剪破坏和剪切破坏模型设计了共20个试件,截面尺寸范围300mm×300mm、500mm×500mm、700mm×700mm,轴压比取0.4和0.6,剪跨比为2和4,采用单调加载和低周反复加载方式,分析了截面尺寸对抗弯承载力、抗剪承载力、延性、耗能和塑性铰长度的影响,取得的主要成果如下: 1)剪跨比为4的试件发生弯曲破坏,名义屈服弯矩、名义峰值弯矩和名义极限弯矩随截面尺寸的增加而降低,表现出明显的尺寸效应;随着截面尺寸的增加,延性和塑性铰转动能力降低明显,位移延性系数、极限弹塑性位移角、塑性铰的转动能力和等效塑性铰长度表现出明显的尺寸效应;平均耗能系数随截面尺寸的增加而减小,表现出明显的尺寸效应。 2)剪跨比为2,体积配箍率为0.338%的试件发生剪切破坏或剪切粘结破坏,随着截面尺寸的增加,抗剪承载力和延性降低明显,其抗剪承载力、位移延性系数、极限弹塑性位移角、表现出明显的尺寸效应。平均耗能系数随截面尺寸的增加而减小;转角相同时,等效粘滞阻尼系数随截面尺寸的增加而增加,虽然评价指标不同,耗能能力的表现不同,但都说明截面尺寸大的试件总的耗散地震能力减小,损伤较严重,耗能能力表现出明显的尺寸效应。 3)剪跨比为2,体积配箍率为1.89%的试件发生弯剪破坏,等效粘滞阻尼系数随水平位移的增加而增加,极限位移后增加的幅度加快具有较强的耗能能力;构件在极限位移前,由弯曲控制变形,延性较好,但超过极限位移点后,由剪切控制,变形较差。 4)发生弯曲破坏和弯剪破坏柱的变形主要由弯曲部分组成,弯曲破坏柱的弯曲变形约占构件总变形的85%~90%左右,并随着水平位移的增加,所占的比例逐渐增大;弯剪破坏柱极限位移时弯曲变形约占总变形的75%。 5)提出了考虑截面尺寸效应系数的钢筋混凝土柱受弯承载力、受剪承载力和变形的计算公式,所建议公式的计算值与试验值吻合较好,可为工程设计和规范修订提供参考。 6)提出了考虑尺寸效应的受弯构件弯矩—曲率及荷载—位移恢复力模型,各特征点考虑了截面尺寸的影响,卸载刚度和强度退化未表现出明显的尺寸效应;提出了考虑尺寸效应的受剪构件荷载—变形恢复力模型,并得到考虑截面尺寸的卸载刚度计算公式,所提出的滞回模型与试验实测的曲线吻合较好。 7)在试验的基础上,按照Park-Ang模型,分别计算了反复加载作用下各构件的破坏指数,并得出结论:发生弯曲破坏的试件,峰值荷载前的损伤主要由位移引起,峰值后的损伤主要由耗能引起;发生剪切破坏的试件的损伤主要由变形引起;随着截面尺寸的增加,损伤指数降低,存在尺寸效应,且构件损伤越严重,尺寸效应越明显,在此基础上提出了考虑尺寸效应的Park-Ang修正模型。