不同配筋形式的小跨高比韧性水泥基材料连梁抗震性能的试验研究和非线性受力全过程理论分析

摘要

连梁作为高层建筑结构中常用的耗能构件，其抗震性能的好坏，对于建筑的安全性有重大意义，而结构中较为常见的小跨比连梁，具有剪压比高，延性不足的特点，在强震作用下过早发生剪切破坏，无法满足抗震需要。本文从改善混凝土材料的脆性特征入手，采用超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）作为连梁基材，同时采用综合配筋方案，对UHTCC连梁的抗震性能进行研究。 本次试验共5个试件，跨高比（1.0、1.5）、基材（普通混凝土、UHTCC）和配筋形式（对角斜筋、综合配筋）作为变量，从破坏模式、钢筋应变、滞回曲线、刚度退化、耗能计算等方面对抗震性能进行研究，并得到以下结论： 1）所有试件均发生X型剪切破坏，而混凝土综合配筋连梁裂缝分布稀疏，在加载后期出现混凝土大面积剥落现象。而RUHTCC连梁无论是采用对角斜筋的配筋形式还是综合配筋的配筋形式，裂缝分布均匀，在加载后期整体性保持较好，未见大面积剥落现象的出现，且以UHTCC作为基材，推迟了钢筋的屈服，提高了峰值变形和延性，滞回曲线饱满，耗能能力得到提高，累积耗能能力提高1.8倍以上。 2）对于同一配筋形式的RUHTCC连梁，随着跨高比的增大，屈服位移和延性都有一定程度的提高，但跨高比为1.0的RUHTCC连梁承载力要高于跨高比为1.5的RUHTCC连梁，而就耗能能力而言，跨高比为1.5的RUHTCC连梁要优于跨高比为1.0的RUHTCC连梁。 3）对于跨高比相同，配筋形式不同的RUHTCC连梁而言，菱形筋的配置能提高峰值荷载和峰值变形，且跨高比越大，提高效果越明显，而就累积耗能能力而言，两种配筋形式差别不大。 在对试验现象和试验结果分析的基础上，将连梁的受力和变形进行合理简化，对连梁的受力过程进行非线性分析，模型计算的剪切变形与试验中实测剪切变形基本吻合，在对剪切变形占比进行分析后，模型所计算的骨架曲线和试验数据分析所得骨架曲线吻合度较高。

目录

声明

1 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 连梁的研究现状

1.2.1 连梁受力特征及普通混凝土连梁

1.2.2 改进配筋方式

1.2.3 改变截面几何参数

1.2.4 钢-混凝土组合连梁

1.2.5 传统钢纤维混凝土连梁

1.3 超高韧性水泥基复合材料的研究现状

1.3.1 超高韧性水泥基复合材料的基本力学性能

1.3.2 超高韧性水泥基复合材料在抗震结构中的应用

1.3.3 ECC连梁

1.4 小跨高比连梁非线性受力分析的研究现状

1.5 本文主要工作

2 试验概况

2.1 试验目的

2.2 试验试件

2.2.1 试验材料

2.2.2 试件设计

2.2.3 试件制作

2.3 试验装置及加载制度

2.3.1 试验装置

2.3.2 加载历程

2.4 量测内容

2.5 本章小结

3 不同配筋小跨高比连梁的抗震性能试验数据分析

3.1 连梁试件破坏过程

3.1.1 CB-3

3.1.2 CCB-1

3.1.3 CCB-7

3.1.4 CCB-5

3.1.5 CCB-8

3.2 钢筋应变分析

3.3 滞回曲线

3.4 骨架曲线与刚度退化

3.5 承载力和延性

3.6 能量损耗

3.7 试验相关结论再次讨论

3.8 本章小结

4 小跨高比UHTCC连梁非线性受力全过程分析

4.1 概述

4.2 材料的本构关系

4.3 Hindi连梁受力模型

4.3.1 模型构建与基本假定

4.3.2 方程建立与模型计算

4.3.3 结果验证

4.4 对角斜筋连梁受力状态模拟

4.4.1 方程的建立与模型计算

4.4.2 结果验证

4.5 本章小结

结论

展望

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

参 考 文 献

附录A 对角斜筋连梁计算结果

致谢

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