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大型火力发电厂高强混凝土框架柱的抗震性能研究

张国军  
【摘要】: 在大型火力发电厂主厂房结构中,由于其高度较大,且竖向荷载较大(如层间布置有煤斗等质量过于集中的设备),故抗震问题较为突出。纵、横向框架柱具有与一般框架柱不同的特点,如柱截面高宽比较大,且承受很大的竖向荷载,其轴压比设计问题是柱设计的一个非常重要的因素。经常出现的情况是:框架柱的断面由轴压比限值确定,而框架柱的配筋由构造配筋率决定,这其中存在着不合理的地方。应用高强混凝土可以显著减小构件的截面尺寸,减轻结构自重和钢筋用量,具有明显优点,可获得较高的经济效益。但高强混凝土的脆性引起人们对其用于抗震结构的担心,强度等级愈高,胞性愈大。因此,在大型火力发电厂主厂房结构框架柱中应用高强混凝土,需研究改善高强混凝土柱抗震变形能力的有效措施。本文主要研究的内容有: (1) 首次针对火电厂主厂房结构框架柱的特点,对9个高轴压比高强混凝土框架柱和6个高轴压比普通混凝土框架长柱进行了低周反复水平加载试验,获得混凝土等级、轴压比、长细比、配箍形式及配筋率等对框架柱的抗弯及抗剪承载力、抗震变形能力的影响因素。在试验研究的基础上,提出高强混凝土框架柱正截面和斜截面承载力计算的建议公式,且给出了满足延性要求的C60混凝土框架柱轴压比限值和箍筋加密区箍筋的最小体积配箍率。 (2) 在试验研究和理论推导的基础上,给出了高轴压比下框架柱恢复力模型的骨架曲线,与试验骨架曲线吻合较好。为高强混凝土整体结构抗震性能和动力反应计算提供基础资料和依据。 (3) 混凝土用三维实体单元、钢筋用空间杆单元对钢筋混凝土框架柱进行三维建摸,而且同时考虑了钢筋和混凝土的粘结性能,通过合理的单元选取、网格划分及荷载步的确定,模拟了单调荷载作用下钢筋混凝土框架柱的荷载啦移曲线、开裂荷载、屈服荷载及最大荷载、裂缝发展规律、计算破坏裂缝图,并与相应的试验结果进行了比较分析。在有限元模拟试验框架柱的基础上,还对未做试验的框架柱进行了骨架曲线的模拟,从而对影响框架柱的各因素进行了综合分析。 (4) 计算出高强混凝土试验框架柱的累积滞回耗能随加载循环水平的变化,通过对各损伤模型的比较分析,提出了高强混凝土框架柱的损伤模型,为进一步进行损伤分析打下了良好的基础。


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