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绿色高性能纤维增强水泥基复合材料装配式梁柱节点抗震性能研究

李言  
【摘要】:绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(Green High-performance Fiber-reinforced Cementitious Composites,GHPFRCC)是在传统工程水泥基材料(PVA-Engineered Cementitious Composites,PVA-ECC)的基础上,通过大掺量粉煤灰取代水泥并优化配合比制备而成的一种绿色环保、力学性能卓越的高性能水泥基材料。因其具有拉伸高韧性、较好的裂缝控制能力以及高延性、高耗能等特点,GHPFRCC可应用于建筑结构的抗震加固和耐久性能改善;此外,将GHPFRCC应用于受力复杂部位可以明显改善结构的受力性能。装配式钢筋混凝土框架结构作为一种应用广泛的结构形式,具有高效、集约、节能环保等特点。装配式梁柱节点在结构中起到构件连接、荷载传递和内力分配的重要作用,但地震作用下节点核心区受力复杂,装配式节点的破坏可能造成结构发生整体性倒塌。本文按照“等同现浇”的设计思路,将GHPFRCC应用于装配式节点的核心区与二次浇筑区域,通过对装配式梁柱节点进行构件拆分和构造处理以优化施工模式,并利用试验和数值模拟方式探究GHPFRCC装配式梁柱节点的抗震性能。论文的主要工作及成果如下:(1)总结梳理国内外学者对装配式梁柱节点的研究进展以及ECC应用于装配式梁柱节点的研究现状,并根据现有研究提出了GHPFRCC应用于装配式节点的新形式。(2)进行混凝土与GHPFRCC交界面及GHPFRCC新旧交界面之间的粘结抗折性能试验,探究不同界面处理形式对两种界面抗折性能的影响,并将强度和延性较好的露骨料界面及键槽-泡泡膜界面处理形式分别应用于装配式梁柱节点的施工过程。(3)根据“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的抗震设计原则和“减少施工难度、提高装配率”的装配原则对两种采用不同拆分方式的装配式梁柱节点进行设计,并对3根GHPFRCC装配式梁柱节点、1根C30装配式节点以及1根C30现浇节点的足尺试件进行低周往复荷载试验。(4)采用有限元分析软件Open Sees对装配式梁柱节点进行变参分析,探究了轴压比和GHPFRCC浇筑长度两个因素对GHPFRCC装配式梁柱节点抗震性能的影响。研究结果表明:(1)装配式GHPFRCC梁柱节点在低周往复荷载作用下抗震性能优于现浇混凝土节点。(2)节点核心区浇筑GHPFRCC可有效提高抗剪性能,防止核心区发生剪切破坏。(3)在梁端设置灌浆套筒或在核心区设置附加钢筋可以有效提高节点核心区的耗能水平和耐损伤能力。(4)采用露骨料界面及键槽-泡泡膜界面处理后的装配式梁柱节点抗震整体性能较好。(5)采用Open Sees可以较好地实现对于试验中节点的有限元模拟,模拟得到的数据结果与试验结果吻合较好。


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