装配式再生混凝土梁柱节点抗震性能研究

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随着城镇化速度的加快,我国的建筑垃圾年产量日益增多,固体建筑废弃材料的再生资源化综合利用对实现可持续发展、建设资源节约型和环境友好型社会具有重要的意义。再生混凝土技术的开发与应用,不仅可以节约天然骨料资源,而且还能降低废弃混凝土带来的环境污染,为建筑废弃材料的循环再生和高效利用带来了生机。根据我国民经济和社会发展规划,未来的几年,将大力发展绿色建筑,要求新开工建设的城镇建筑,绿色建筑的比例要达到50%,实施绿色建筑全产业链发展计划,将推广节能绿色建材和装配式建筑。此外,装配式建筑是目前国家大力推行的绿色施工方式,而将再生混凝土应用在装配式框架结构的梁柱节点,是节能减排与绿色施工的结合,对推动我国可持续发展有重要的科学研究意义和工程应用价值。为此,本文以足尺的装配式再生混凝土梁柱节点为对研究对象,采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方法,探讨该类新型节点的抗震性能,旨为建筑废弃物再生混凝土在装配式节点中应用提供部分理论依据和试验数据。主要研究内容和结论如下:(1)基于斜压杆-桁架模型和拉-压杆模型,考虑建筑废弃物再生骨料掺量对混凝土的劣化影响,引入再生混凝土的折减系数,提出了装配式再生混凝土框架梁柱节点抗剪承载力的计算公式。研究结果表明:修正后的简化拉杆-压杆模型和试验结果吻合较好,计算值与试验值相差约为10%;与其它模型相比,修正的简化拉杆-压杆模型偏安全;当混凝土掺入50%再生粗骨料时,装配式再生混凝土框架梁柱节点抗剪承载力约下降7%-15%。(2)开展了足尺全装配式再生混凝土框架梁柱节点在轴压与水平低周反复荷载作用下的拟静力试验研究,探讨了该新型装配式节点的抗震性能。研究结果表明:再生混凝土节点Q2、B2均具有较佳的延性系数,约为4.1左右;对于全装配节点,再生粗骨料的掺入能够明显降低节点的延性系数,节点Q2延性值约为节点Q1的89%;对于半装配节点,再生混凝土节点B2的延性系数约为节点B1的111%,延性系数有所提高;节点Q1的延性系数约为B1的124%,说明对于装配式普通混凝土节点,全装配拼接比半装配拼接更能提高构件的延性系数。(3)研究了各节点构件的耗能指标,再生混凝土节点Q2、B2的累积耗能相对于普通混凝土节点Q1、B1分别约为84.3%、89.1%,说明再生粗骨料的掺入能够明显降低节点试件的耗能能力;对于普通混凝土节点,Q1的累积耗能约为B1的110.9%,梁端套筒的连接能够有效提升节点的耗能性能;两个再生混凝土节点的累积耗能相差不大,但全装配节点依旧略高于半装配节点。(4)通过实施梁柱节点的预加载,模拟半装配式混凝土框架梁柱节点在大震作用下的损伤,开展了足尺半装配式混凝土框架梁柱节点损伤后的拟静力试验,探讨半装配式混凝土框架梁柱节点承受大震作用后的抗震性能。研究结果表明:在经过大位移屈服加载后,再次进行低周往复加载试验时,构件的耗能性能下降显著,其极限荷载对应滞回环的耗能能力约为相同阶段同样节点的60%,裂缝不再沿两端塑性铰区域发展,而是在核心区叠合层边缘附近开展;然而,该型装配式混凝土节点在大震作用后仍具备较高的安全储备,其残余承载力约为损失前的75%。(5)结合上述拟静力试验结果,建立了装配式再生混凝土梁柱节点精确的非线性有限元分析模型,分析了再生骨料掺量、装配方式等参数对节点抗震性能的影响规律。研究结果表明:再生粗骨料的掺入会改变节点在低周往复作用下的破坏模式;随着再生粗骨料取代率的提高,节点的破坏模式由梁端弯曲破坏向节点核心区破坏发展;再生粗骨料取代率的提高会一定程度劣化梁柱节点的抗震性能;再生粗骨料取代率相同时,全装配节点核心区破损程度比半全装配式节点较为严重,但基本未改变节点的破坏模式。
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