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钢筋混凝土梁、柱构件抗震性能试验及其基于变形性能的参数研究

万海涛  
【摘要】:钢筋混凝土梁、柱构件均为框架结构中特别重要的抗震构件,构件的变形是反映构件的抗震性能好坏的一种重要表征参数。本文在总结有关钢筋混凝土梁、柱构件和钢筋混凝土框架结构的大量文献资料的基础上,采用试验研究和非线性有限元分析相结合的方法对钢筋混凝土梁、柱构件的变形性能进行了研究和分析,得出梁、柱构件在不同地震水平下的变形限值,以期为今后既有的、新建的框架结构中的梁、柱构件性能评估提供定量参考指标。论文的主要工作和结论如下: 1)本文设计了18根梁和32根柱进行低周反复加载试验,对50个梁、柱试件的试验过程、破坏形态、变形性能等进行了详尽的分析。通过试验得出梁和柱试件的荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载、极限荷载,这为研究梁、柱构件的承载能力和变形限值提供了依据。本文还对比了配置小直径的CRB550级钢筋为箍筋的混凝土试件(梁和柱试件)与配置HPB235、HRB335级钢筋为箍筋的混凝土试件(梁和柱试件)在承载力和变形性能上的差异,分析对比后发现,它们的承载力和变形性能很接近,这表明在纵向配筋相同的情况下,完全可以采用比现今规范限值更小直径的CRB550级钢筋(如6.25mm、7.75mm、9.25mm)取代通常使用的直径为8mm、10mm、12mm的HPB235、HRB335级钢筋作为钢筋混凝土试件的箍筋。 2)建立有限元分析模型对试验进行有限元仿真模拟,将试验和有限元模拟得到的梁、柱试件荷载-位移曲线、破坏形态及钢筋应变值进行对比分析,由对比分析可知,有限元模拟结果与试验结果吻合较好,这表明有限元分析模型可以较为准确地模拟梁和柱试件的试验情况。 3)根据钢筋混凝土梁试件的破坏类型,设计了240根钢筋混凝土梁试件来进行变形性能计算,由有限元分析模型计算得出钢筋混凝土梁试件在小震、中震、大震时的变形限值,并进一步分析了影响梁试件变形限值的主要因素,结果表明:随着主要因素K值增大,试件的荷载-变形骨架曲线走势由平缓慢慢变陡,即随着K值增大试件的延性变差;随着主要因素λ值增大,试件的荷载-变形骨架曲线走势由陡慢慢变平缓,即λ值越大试件的延性越好。 4)根据钢筋混凝土柱试件的破坏类型,设计了324根钢筋混凝土柱试件来进行变形性能计算,由有限元分析模型计算得出钢筋混凝土柱试件在小震、中震、大震时的变形限值,并进一步分析了影响柱试件变形限值的主要因素,结果表明:随着主要因素n值增大,试件的荷载-变形骨架曲线走势由平缓慢慢变陡,即随着n值增大试件的延性变差;随着主要因素λ值增大,试件的荷载-变形骨架曲线走势由陡慢慢变平缓,即λ值越大试件的延性越好。 5)将梁和柱试件在弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏时的最大变形限值与美国规范ASCE41中的相应变形限值进行对照比较,比较后发现美国的变形限值比本文计算的变形限值要宽松,这主要是因为美国规范中所用的建筑材料延性比我国的建筑材料延性要好。 6)在综合考虑钢筋混凝土梁和柱试件塑性铰长度影响因素的基础上,对钢筋混凝土梁和柱试件的塑性铰长度lp进行回归分析,得出钢筋混凝土梁和柱试件的塑性铰长度估算公式,然后用相关性系数(R-square)来评价公式拟合的好坏,计算得到梁和柱试件的相关性系数(R-square)分别为90.12%、96.36%,这表明梁和柱试件的塑性铰长度估算公式对数据拟合的较好。


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