低周往复荷载下纤维增强混凝土异形柱结构的试验及理论研究

论文摘要

近年来,钢筋混凝土异形柱结构体系因具有良好的建筑功能而得到了较为广发的应用。国内对各种截面形式的异形柱构件、异形柱梁柱节点及异形柱框架进行了大量试验及理论研究,取得了较多的研究成果,但试验分析表明,由于异形柱结构特殊的截面形式,使得异形柱框架底层柱脚和梁柱节点较矩形柱框架底层柱脚和梁柱节点薄弱,易发生破坏,不能满足抗震要求,从而限制了异形柱结构的楼层层高和使用范围。因此如何增强异形柱结构底层柱脚和梁柱节点等薄弱部位的抗震性能,提高异形柱结构的楼层高度和使用范围成为目前异形柱结构研究的重点之一。本文将纤维增强技术应用于异形柱结构薄弱部位,通过纤维增强异形柱节点、异形柱框架与同条件下未增强的节点和框架进行对比试验与理论研究,以求得到提高异形柱结构抗震性能的方法。本文主要通过对一二层柱脚及节点等薄弱部位应用聚丙烯纤维增强的异形柱框架与普通异形柱框架,节点核心区应用聚丙烯纤维增强的异形柱边节点、中间节点与普通异形柱边节点、中间节点等模型进行低周往复荷载试验,对比研究了两榀异形柱框架、两个异形柱边节点和两个异形柱中间节点的抗震性能。研究表明,在混凝土异形柱节点核心区内添加聚丙烯纤维,可以显著改善异形柱节点的破坏特征,提高节点核心区的开裂荷载,减小核心区内裂缝数量和宽度,提高节点的受剪承载力,纤维对于异形柱框架的增强效果更为明显,改善破坏形态,对承载能力有较大程度提高。为聚丙烯纤维增强异形柱结构抗震性能提供了可靠的试验依据。论文在矩形柱梁柱节点受剪机理的基础上说明了异形柱梁柱节点受剪机理,结合试验对异形柱框架及各节点构件进行了受剪承载力分析,进一步验证了纤维增强异形柱节点的可行性。同时对异形柱边节点和中间节点进行了ANSYS有限元非线性分析,数值计算与试验结果吻合较好,有限元分析验证了异形柱节点受剪承载力斜压杆机制。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 异形柱构件在国外的研究进展
• 1.3 异形柱结构体系在国内的研究进展
• 1.4 异形柱结构体系特点及存在的问题
• 1.5 纤维在混凝土结构中的应用
• 1.6 本文的主要研究内容
• 第二章 混凝土异形柱抗震性能试验设计
• 2.1 工程结构试验概述
• 2.2 试验简介
• 2.3 试验模型相似关系
• 2.4 试验模型设计
• 2.5 试验模型制作
• 2.6 试验装置与加载方案
• 2.7 试验观测和计量
• 2.8 试验数据采集
• 第三章 混凝土异形柱框架抗震性能试验结果分析
• 3.1 试验过程分析
• 3.2 承载力、位移及延性
• 3.3 破坏机制
• 3.4 恢复力特征
• 3.5 耗能能力
• 3.6 层间变形能力
• 3.7 刚度退化
• 3.8 累积损伤
• 3.9 本章小结
• 第四章 混凝土异形柱节点抗震性能试验结果分析
• 4.1 试验过程分析
• 4.2 承载力、位移及延性
• 4.3 核心区混凝土应变
• 4.4 核心区箍筋应变
• 4.5 异形柱边节点恢复力特征
• 4.6 异形柱中间节点恢复力特征
• 4.7 耗能能力
• 4.8 梁端刚度退化
• 4.9 累积损伤
• 4.10 本章小结
• 第五章 混凝土异形柱节点受力机理及有限元分析
• 5.1 混凝土矩形柱节点受力机理
• 5.2 混凝土异形柱节点受剪承载力
• 5.3 异形柱试验节点受力性能分析
• 5.4 异形柱节点有限元分析
• 5.5 翼缘高度对异形柱边节点受力性能的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢