不同屈服点钢筋混凝土柱耗能性能研究

论文摘要

传统的钢筋混凝土柱都由单一的钢筋构成,考虑抗震要求,在设计中一般都采用“强柱弱梁”的设计思路,采用高强钢筋和高强混凝土的钢筋混凝土柱,在弹性阶段刚度大,耗能低,混凝土的脆性大,柱子一旦屈服,就丧失承载力。针对这种情况,本文提出一种不同屈服点钢筋混凝土柱,该柱主要由高屈服点钢筋、低屈服点钢筋和高韧性混凝土构成。其在地震作用下的工作原理是低屈服点钢筋由于屈服点较低所以较早进入塑性变形,形成耗能能力,高屈服点钢筋仍处于线弹性状态,在地震不大时,高屈服点钢筋能提供恢复力,从而使柱在线弹性工作状态就可消耗地震能量。本结构与普通钢筋混凝土柱相比有以下明显特征：(1)新型钢筋混凝土柱采用了高韧性混凝土,其应变很大,延性很好,因此该新型钢筋混凝土柱在低屈服点钢筋屈服后不会急剧开裂和压碎,大大延长了柱的塑性工作段,故该新型钢筋混凝土柱比传统钢筋混凝土柱耗能能力有明显改善。(2)新型钢筋混凝土柱中低屈服点钢筋屈服强度在245MPa左右,在荷载作用下,低屈服点钢筋可以在高屈服点钢筋屈服之前较早地进入屈服阶段,通过自身的塑性变形耗散地震能量,新型钢筋混凝土柱的阻尼较普通钢筋混凝土柱提高了80%以上,与此同时,结构整体上仍具有较强的弹性变形恢复能力。(3)用低屈服点钢相当于在柱中内置一个阻尼器,既减少了空间又提高了结构的抗震能力。本文研究的主要方面有：(1)材料设计。包括高韧性混凝土的设计与配制、低屈服点钢筋的选择与力学性能等。(2)结构设计。包括柱的构造形式、不同类型钢筋配量、不同类型混凝土配量。(3)实验研究。通过对柱进行低周反复加载试验,研究其受力过程、破坏形态、破坏机制、变形恢复能力、位移延性、滞回特性、刚度退化、耗能能力。(4)数值模拟。利用ANSYS有限元软件对混凝土柱进行非线性数值模拟、验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 阻尼器的研究现状
• 1.2.2 支撑耗能装置的研究现状
• 1.2.3 减震墙的研究现状
• 1.2.4 超韧性混凝土的研究现状
• 1.3 本文研究对象、研究内容
• 1.3.1 研究对象
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 本文的主要特色与创新之处
• 2 不同屈服点钢筋复合材料的耗能性能研究
• 2.1 不同屈服点钢筋复合材料单向拉伸力学模型
• 2.2 不同屈服点钢筋复合材料耗能能力计算分析
• 2.3 不同屈服点钢筋阻尼性能试验研究
• 2.4 结论
• 3 不同屈服点钢筋混凝土柱低周反复试验研究
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 构件尺寸
• 3.1.2 构件的制作
• 3.2 材料的力学性能
• 3.2.1 混凝土
• 3.2.2 高屈服点钢筋、低屈服点钢筋
• 3.3 试验的主要内容
• 3.3.1 试验内容
• 3.3.2 测试方案
• 3.4 实验加载方案及加载制度
• 3.4.1 加载装置
• 3.4.2 加载制度
• 3.5 构件屈服和破坏的确定
• 3.5.1 构件屈服的确定
• 3.5.2 构件破坏点的确定
• 3.6 本章小结
• 4 试验结果与分析
• 4.1 试验过程及破坏描述
• 4.2 滞回曲线及耗能特性分析
• 4.2.1 滞回曲线
• 4.2.2 耗能能力分析
• 4.3 骨架曲线特性分析
• 4.4 延性分析
• 4.5 刚度退化
• 4.6 高屈服点钢筋、低屈服点钢筋荷载—应变关系
• 4.7 本章小结
• 5 柱的有限元分析
• 5.1 有限元软件ANSYS简介
• 5.2 有限元分析的目的
• 5.3 模型与材料单元的选取
• 5.4 模型的建立及求解
• 5.5 后处理结果及分析
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文