高强钢绞线网/ECC加固RC柱轴压性能数值分析与承载力研究

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高强钢绞线网/ECC(Engineered Cementitious Composites)是本课题组结合钢绞线及ECC优势提出的新型高性能复合材料,已进行的研究表明其具有优良的受拉、受弯性能及裂缝控制能力。课题组进一步将该复合材料用于加固RC短柱,发现其轴心受压破坏具有明显的延性特征,大大改善原RC柱脆性破坏的模式。但是考虑到试验参数不足、成本高、周期长,难以考虑所有工况,本文基于已有试验结果,扩展影响参数,对高强钢绞线网/ECC加固RC柱轴心受压性能进行数值模拟分析,基于力学原理,对加固RC柱轴心受压承载力进行理论研究,为该新型复合材料用于实际加固提供理论基础。主要研究内容及结论如下:(1)基于本课题组已进行的高强钢绞线网/ECC加固RC短柱轴心受压试验结果,采用ABAQUS进行有限元模拟,通过试验验证本文所建立加固RC柱有限元模型的准确性和适用性,为后续模拟分析和理论研究奠定基础。(2)扩展影响参数,考虑ECC厚度、横向高强钢绞线间距、RC柱纵筋配筋率及混凝土强度等级,对加固RC柱轴心受压性能进行数值模拟分析。分析加固RC柱轴心受压工作机理:加固层“高强钢绞线网/ECC”主要起约束核心混凝土作用,使核心混凝土强度明显提高,改善RC柱受压性能,同时ECC承担部分受压作用;而横向高强钢绞线的约束作用主要使加固RC柱延性大幅度提高,解决了RC轴心受压柱脆性破坏的问题。(3)增大ECC厚度、RC柱纵筋配筋率,加固RC柱屈服荷载、屈服位移、峰值荷载、峰值位移、刚度及延性增大;减小横向高强钢绞线间距,加固RC柱屈服荷载、峰值荷载小幅度提高,且延性大幅度提高;提高混凝土强度等级,加固RC柱峰值荷载、峰值位移及刚度增大,但延性明显降低;增大长细比加固RC柱峰值荷载明显降低,并拟合得出加固RC柱轴心受压稳定系数表达式。(4)基于力学理论及混凝土结构原理,提出加固RC柱轴心受压承载力由核心RC柱承载力和加固层承载力组成,加固层承载力又由直接承载力和间接承载力组成;并推导出考虑长细比的高强钢绞线网/ECC加固RC柱轴心受压承载力计算公式,计算公式由试验结果和大量模拟值(长细比3~28)验证。最后对加固足尺RC柱建模分析,其模拟结果和本文提出的加固RC柱轴心受压承载力公式计算值吻合较好,为实际加固工程设计提供理论参考。
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