钢-连续纤维复合筋混凝土框架梁抗震性能研究

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近年来,世界范围内重大地震频发造成的人员伤亡和财产损失非常严重,对结构造成的破坏也加深了人们对地震下结构性能的认识。研究人员开始意识到,保证结构震后良好的可修复性是一种更加合理的抗震设计思想,为此,东南大学吴刚课题组提出了钢-连续纤维复合筋(SFCB,steel fiber composite bars)这种具有明显二次刚度的新型复合材料。已有研究成果表明,SFCB混凝土构件与普通钢筋混凝土构件相比具有更好的抗震性能,它在反复荷载下残余变形更小,可修复性更好。但对混凝土结构进行抗震弹塑性分析并保证其实用的关键是对结构构件恢复力模型的准确程度。目前还没有适用于SFCB混凝土构件的恢复力模型,为此,本文主要进行了以下工作:  根据试验要求设计并生产了不同二次刚度比的SFCB筋材,进行了材料的拉伸和压缩试验,分析得出其本构关系模型;  根据我国现行规范设计了1根钢筋混凝土梁,3根SFCB混凝土梁,其中3个梁进行低周反复加载,一个梁进行单调加载。通过分析试验数据分离各个变形分量,并对比钢筋混凝土构件和SFCB混凝土构件抗震性能的不同;  利用OpenSees建立有限元模型,通过对比有限元模拟的结果和试验结果分析其准确性以及可能存在的问题,在此基础上对构件抗震性能进行补充分析,为理论推导做准备;  结合试验及有限元模拟的结果,在前人研究的基础上给出骨架曲线各特征点的计算公式,提出恢复力骨架模型,然后利用origin8.0对试验数据进行回归分析,得出刚度退化规律,最后建立SFCB构件的恢复力模型,为进一步的抗震分析提供参考。  得出的主要结论如下:  (1) SFCB中的纤维在筋材受拉时作用很大,但在筋材受压时其作用可以忽略;  (2)对不同混凝土强度等级的S12B28梁进行了有限元模拟,结果表明混凝土强度等级的提高对构件承载力及变形影响很小;  (3)普通钢筋混凝土构件特征点参数及滞回规则的推导方法同样适用与SFCB混凝土构件;  (4)由于构件中混凝土与钢筋及SFCB的接触面不同,SFCB混凝土构件的粘结应力公式需采用与钢筋不同的形式;  (5)结合试验及非线性有限元模拟的结果,推导出了同时适用于钢筋混凝土梁和SFCB混凝土梁的恢复力模型,并拟合出了恢复力模型各阶段刚度对应的公式,为进一步的抗震分析做好了准备。
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