多重螺旋箍筋增韌輕質(zhì)混凝土抗震性能研究.pdf

1、地震是人類面臨的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一。我國屬地震多發(fā)國家,需要考慮抗震設(shè)防的地域分布廣,研究建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能十分必要與迫切。地震力與結(jié)構(gòu)的自重有關(guān),降低靜載重可以減小建筑物在地震時的慣性力,從而降低建筑物的地震反應(yīng)。輕集料混凝土具有自重輕、軸壓強(qiáng)度高、與鋼筋的彈性階段協(xié)同工作能力強(qiáng)、抗裂性能和抗震性能好的優(yōu)點(diǎn),若將其用于抗震結(jié)構(gòu)無疑具有極大的潛力。但由于輕集料混凝土的強(qiáng)度通常較低,彈性模量較小,脆性問題突出,直接將其用于鋼筋混凝土柱還存在

2、強(qiáng)度、剛度和延性難以滿足重要建筑結(jié)構(gòu)要求的技術(shù)問題。據(jù)此,本文對由普通優(yōu)質(zhì)集料取代部分輕集料制備而成的高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土(HSLC)的性能進(jìn)行了研究,建立了高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土的本構(gòu)關(guān)系,探明了混凝土材料與鋼筋的配合關(guān)系,探討了高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土與鋼筋的匹配設(shè)計原理,提出了采用多重螺旋箍筋形式對高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土進(jìn)行增韌的抗震設(shè)計方法,通過理論分析和力學(xué)計算得到了多重螺旋箍筋柱正截面承載力計算公式,對高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土-多重螺旋箍筋柱抗震性能和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了綜

3、合分析。
　　 論文開展的主要工作和取得的重要成果有:
　　 制備了強(qiáng)度等級為C60高強(qiáng)混凝土(HSC)、高強(qiáng)輕集料混凝土(HSLAC)和HSLC,獲得了HSC、HSLAC和HSLC的單軸受壓應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€,分析了三種混凝土材料的裂縫擴(kuò)展模式和在單軸荷載作用下的變形特性及破壞形態(tài)。對高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,得到其應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€數(shù)學(xué)方程式,為高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與有限元分析提供了參考依據(jù)。

4、　　 基于抗震性能的要求,研究了混凝土材料與鋼筋的配合關(guān)系,對普通箍筋約束HSLC、HSC和HSLAC受壓構(gòu)件進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗,對比研究了相同箍筋約束條件下,HSLC、HSC和HSLAC三種混凝土框架柱的破壞形態(tài)、滯回特性、延性、耗能能力和剛度退化等抗震性能。結(jié)果表明,用普通優(yōu)質(zhì)集料取代部分輕集料可以提高輕集料混凝土的抗震性能,HSLC不僅可以降低結(jié)構(gòu)自重,減小地震破壞力,還可以滿足重要結(jié)構(gòu)對混凝土承載力、剛度和延性的要求。通過

5、體積配箍率對鋼筋HSL柱抗震性能影響規(guī)律的研究,探明了混凝土材料與鋼筋的配合關(guān)系,探討了HSLC與鋼筋的匹配設(shè)計原理。
　　 依據(jù)HSLC的物理力學(xué)性能及其與鋼筋的配合關(guān)系,鑒于圓形螺旋箍筋優(yōu)異的約束效應(yīng),提出了利用多重螺旋箍筋對HSLC進(jìn)行增韌的抗震設(shè)計思路和設(shè)計方法,設(shè)計制作了單螺旋、4-螺旋和5-螺旋箍筋約束HSLC框架柱試件;針對現(xiàn)有關(guān)于約束混凝土理論模型用于分析多重螺旋箍筋柱存在的問題,從單個螺旋箍筋柱力學(xué)理論出發(fā),分

6、析了多重螺旋箍筋混凝土柱的正截面承載能力,提出了多重螺旋箍筋混凝土柱正截面強(qiáng)度計算公式,該公式為多重螺旋箍筋柱的設(shè)計及研究提供了理論及計算依據(jù)。
　　 系統(tǒng)研究了單螺旋、4-螺旋和5-螺旋箍筋形式下,鋼筋HSLC柱的破壞特征、滯回特性、延性、耗能能力和剛度退化等抗震性能,重點(diǎn)研究了軸壓比和配筋率對5-螺旋箍筋柱的影響作用,并對高強(qiáng)輕質(zhì)混凝土-多重螺旋箍筋柱抗震性能和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明,5-螺旋箍筋技術(shù)可以大幅度提高鋼