改性再生混凝土框架节点抗震性能试验与理论研究.docx

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1、改性再生混凝土框架节点抗震性能试验与理论研究再生混凝土作为一种新型绿色建筑材料,既能解决废弃建筑垃圾填埋占地和环境污染问题,又能减少开山采石对天然生态环境造成的破坏,符合国家节约资源、保护环境和可持续发展的战略思想。由于再生混凝土骨料界面附着水泥砂浆,骨料界面具有孔隙率高,吸水性强的特点,其耐久性能差于天然骨料混凝土的耐久性能,目前多用于公路工程的路基路面和建筑工程的非结构构件。为使再生骨料混凝土应用于主体承重结构,向再生混凝土中添加适量的粉煤灰使其渗透、填充到再生骨料孔隙和微裂缝当中,可以增强界面的密实性,强化界

2、面的粘结作用,改善其耐久性能。以粉煤灰等量替代水泥会影响再生混凝土强度,需要对结构构件的受力性能开展进一步研究。本文选取框架结构节点作为研究对象,制作7榀不同类型的再生混凝土梁柱节点试件,再生骨料取代率均为100%,其中部分试件以15%粉煤灰等量替代水泥进行改性。通过拟静力试验,研究框架节点试件的损伤过程、破坏模式、承载能力、滞回性能、刚度退化、位移延性、耗能能力等抗震性能,探讨了节点核心区的剪切变形、箍筋应变和纵筋粘结应力退化规律。研究了各类节点的抗震性能,主要研究内容及成果如下。(1)研究表明,再生混凝土框架中

3、节点、边节点在反复荷载作用下的破坏过程经历初裂阶段、通裂阶段、极限阶段和破坏阶段,最终破坏时节点核心区混凝土呈现酥松状态,表现出较明显的脆性性质。再生混凝土角节点在反复荷载下承受“张开弯矩”和“闭合弯矩”作用,受力状态类似于折梁受弯,在“闭合弯矩”作用下,角节点外侧混凝土保护层率先剥落、节点顶面开裂,受拉纵筋粘结退化,丧失承载能力。添加粉煤灰的改性再生混凝土节点破坏形态、位移延性、耗能能力等与未改性再生混凝土节点差别不大。(2)框架中节点和边节点试件梁端荷载-位移滞回曲线较为丰满。加载后期钢筋与混凝土间发生粘结滑移

4、造成“捏拢效应”,滞回曲线的形状趋于弓形。框架角节点在“闭合弯矩”作用下,节点外侧开裂刚度退化,滞回曲线呈捏拢状,滞回环所围面积较小;在“张开弯矩”作用下,节点内侧凹角处钢筋充分受拉,核心区混凝土仍可承压,荷载-位移滞回曲线的形状趋于饱满。角节点正反向加载荷载-位移滞回曲线不对称。(3)中节点和边节点的延性优于角节点,改性再生混凝土节点与普通再生混凝土节点的延性指标没有明显差异。边节点试件耗能能力与中节点相当,改性后的再生混凝土边节点试件的耗能能力稍弱于普通再生混凝土边节点试件。角节点试件加载各阶段的等效粘滞阻尼系

5、数小于中节点和边节点,总体耗能能力相对较差。(4)反复荷载作用下贯穿再生混凝土节点的纵向钢筋在节点通裂阶段和极限阶段保有较为稳定的粘结应力,相对粘结强度在0.213～0.246之间;节点进入破坏阶段后粘结应力急剧下降。取通裂阶段作为节点承载力计算依据,再生混凝土粘结强度可以满足钢筋与混凝土之间应力传递、变形协调的要求。在其他条件相同的情况下,钢筋直径越大粘结强度损失越严重;向再生混凝土中添加粉煤灰,改善了钢筋与混凝土之间的粘结性能,在通裂阶段纵筋的粘结强度提高幅度为普通再生混凝土的8.5%。(5)通过节点核心区对角

6、线安装十字交叉的位移计,获得了各级循环荷载下核心区的剪切角和荷载-最大剪切角关系曲线,了解了加载各个阶段节点核心区剪切角变化规律。量测了节点核心区水平箍筋的应变分布,获得试件在每一循环下的荷载-箍筋应变滞回曲线,了解了节点核心区箍筋各阶段的受力状态及其对节点抗剪的贡献。(6)在试验的基础上对现行规范框架梁柱节点核心区剪力值计算公式和节点受剪承载力计算公式进行修正,提出适合再生混凝土节点的抗剪设计方法。分别采用抗剪通用模型、简化拉杆-压杆模型以及本文提出的修正公式对再生混凝土节点核心区的抗剪承载力进行了计算,并与试验

7、结果进行比较。计算结果表明,利用本文修正公式计算的再生混凝土框架节点核心区抗剪承载力,试验值与计算值吻合较好,离散性较小。(7)采用ABAQUS的塑形损伤模型对低周反复荷载下的再生混凝土节点进行非线性分析,得到节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线。分析结果表明,基于ABAQUS软件可以较好地模拟再生混凝土节点在低周反复荷载下的受力状态,模拟骨架曲线与试验骨架曲线变化趋势相似,试件极限阶段再生混凝土以及钢筋的应力云图与试验结果较为吻合。(8)运用开源有限元软件OpenSees对再生混凝土中节点及边节点试件的拟静力试验进

8、行模拟。基于OpenSees的梁柱纤维模型和简化梁柱节点宏观模型能够较好地模拟再生混凝土节点的非线性反应,获得的模拟滞回曲线与试验曲线吻合良好,较好的反映了试件的刚度退化和承载力退化规律。