【摘 要】
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混凝土等水泥基材料框架柱在地震作用下易出现塑性铰,而塑性铰区域会因为刚度低、延性差、耗能小而提前发生破坏。为提高框架柱塑性铰区的变形和耗能能力,工程人员对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composite,简称PVA-FRCC)柱展开研究。PVA-FRCC具有较好的抗裂性、延展性和韧性,将之应用于结构中
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混凝土等水泥基材料框架柱在地震作用下易出现塑性铰,而塑性铰区域会因为刚度低、延性差、耗能小而提前发生破坏。为提高框架柱塑性铰区的变形和耗能能力,工程人员对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composite,简称PVA-FRCC)柱展开研究。PVA-FRCC具有较好的抗裂性、延展性和韧性,将之应用于结构中可提高构件的延性和抗裂性,从而提高构件的抗震性能和震后使用性能。从经济学及力学性能的角度出发,本文提出在柱关键部位掺入PVA纤维材料以提高柱抗震性能。本文通过11根柱端局部掺加PVA纤维的柱在低周反复荷载作用下的试验,研究了配箍率、纤维体积率、PVA纤维设置高度、轴压比、配筋率等因素对PVA-FRCC柱抗震性能的影响。以钢筋应变、位移延性系数、耗能性能、刚度退化、截面曲率延性系数等指标评估了PVA-FRCC柱的抗震性能,并对PVA-FRCC柱塑性铰长度进行研究。通过试验研究,得出以下结论:(1)各试件均发生正截面弯曲破坏。PVA纤维的掺入提高了构件的抗裂度和极限变形能力,掺加纤维后试件裂缝宽度减小,且发展缓慢;由于PVA纤维的桥联作用,掺纤维的试件破坏时外观完好,未掺纤维的试件破坏时表面有大面积基材剥落。(2)在本试验参数范围内,随配箍率及纤维体积率的增大,试件延性系数、耗能能力提高,承载力衰减和刚度退化下降速度减缓,试件满足位移延性系数及弹塑性极限位移角的抗震性能要求。(3)PVA-FRCC设置高度的增加对试件的开裂位移、极限位移提高较大,同时延性性能和耗能性能均有所提高,但幅度不大。(4)提高轴压比使试件的水平承载力提高,延性性能降低,耗能能力减小,曲率延性系数降低;高轴压比试件在加载后期承载力衰减及刚度退化下降速度减缓。(5)在一定范围内提高纵筋配筋率,可有效提高试件的承载力、极限变形能力和截面转动能力。配筋率由1.37%提高至3.81%,其峰值荷载提高23.97%,极限位移提高73.59%,截面曲率延性系数提高99.06%。(6)纤维体积率是影响截面曲率延性系数的重要因素之一,纤维可起到抗弯、抗剪及提高构件变形能力的多重作用;提高试件纤维体积率后,即使降低其配箍率和配筋率,试件仍有较高的承载力和较好的变形能力,说明纤维可代替部分箍筋和纵筋以增强构件的抗震能力。(7)通过灰关联熵分析,得出配筋率和PVA纤维体积率是影响截面曲率延性系数的主要因素;建立了各影响因素与截面曲率延性系数间的拟合关系式,拟合效果较好。(8)通过计算得出试件塑性铰长度,建立了塑性铰长度与各影响因素的拟合关系式,建议塑性铰长度取1.5h。
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