反复荷载作用下圆钢管型钢再生混凝土组合柱损伤模型研究

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圆钢管型钢再生混凝土组合柱(CSTRRC)可充分发挥钢材和再生混凝土(RAC)的材料性能优势,钢管和型钢的约束作用可提升RAC的力学性能,同时RAC的填充可避免钢材发生失稳破坏,二者在组合柱中相辅相成,共同受力,不仅具有良好的力学性能,还为废弃混凝土的处理提供新的途径。本文在试验研究的基础上对组合柱的地震损伤性能进行理论分析,系统研究了组合柱的地震损伤发展过程和抗震性能水准。共制作了 11个圆钢管型钢再生混凝土组合柱,以RCA取代率、径厚比、轴压比、配钢率和型钢形式为参数。获取试件的滞回曲线、骨架曲线等抗震指标。结果表明:低周反复荷载下试件的破坏特征较为相似。试件破坏时组合柱底部钢管呈“象足状”鼓曲甚至开裂,柱内部再生混凝土被压碎。试件滞回曲线呈饱满的纺锤形,表明组合柱具有良好的耗能能力。峰值荷载过后,随循环次数和加载幅值的增加,试件强度和刚度不断退化,耗能能力降低,损伤不断积累。在现有损伤模型的基础上,分别对组合柱基于经典的单参数损伤模型和双参数损伤模型进行计算,并对Park-Ang双参数损伤模型的耗能因子进行回归分析,提出组合系数a并对Park-Ang模型进行修正,建立适用于该类组合柱的变形和耗能双参数损伤模型。同时对组合柱的损伤特征和损伤发展过程进行了深入分析,研究了不同设计参数对组合柱损伤发展的影响。根据试验研究和地震损伤模型计算结果,结合相关规范将组合柱的抗震性能水准划分为五类。确定不同抗震性能水准下组合柱的损伤破坏特征、破坏程度和位移角限值。根据位移角限值推出组合柱在不同性能水准下的损伤量化指标,最终建立不同抗震性能水准下组合柱的损伤程度、破坏等级和量化指标的对应关系。研究结果可为组合柱的抗震设计提供参考。
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