论文部分内容阅读
高延性纤维增强水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,简称ECC)是具备超高韧性和多裂缝开展机制的新型建筑材料,用于工程结构能够有效提高结构的安全性、耐久性和可持续性。纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic,简称FRP)是由纤维材料与基体材料按一定的比例混合并经一定工艺复合形成的高性能材料,FRP筋具有强度高、无磁性、密度低和耐腐蚀等优点。将FRP筋与钢筋复合使用可避免FRP弹模低、延性差的缺点,还可以获得较钢筋混凝土构件更高的屈服后刚度与更小的残余变形,显著的提高构件的抗震承载能力和震后可修复性。本文提出新型FRP筋-钢筋复合增强ECC-混凝土组合柱构件,将FRP筋配置在方柱边角处,而ECC仅用于柱构件塑性铰区域,旨在在合理的成本控制下,最大程度的发挥FRP筋和ECC的优势。本文通过13根柱构件的拟静力试验对柱构件抗震性能进行研究。在试验的基础上,采用截面条带法对柱构件承载能力进行分析,同时也采用ABAQUS建模进行参数分析。具体研究的内容如下:(1)考虑基体材料、轴压比、FRP筋种类和配筋率等参数对柱构件抗震性能的影响,对13根柱构件进行低周往复试验,试验结果表明:ECC对内部筋材的约束效果比混凝土好,将ECC替代混凝土能显著提高构件的承载能力和延性;在同等配筋下,0.1-0.42轴压比范围内,随着轴压比的增大,承载能力增大,变形能力变差;对比钢筋增强柱构件,FRP筋-钢筋复合增强柱构件其残余变形更小,且获得更高的屈服后刚度;在同轴压比下,配筋率越大,承载力越大,而变形能力变化不大。综上所述,FRP筋-钢筋增强ECC-混凝土柱构件具有优越的抗震性能,不仅获得更高的承载能力和延性,还获得更小的残余变形和更高的屈服后刚度。(2)在材性试验的基础上,提出ECC的材料本构模型,通过截面条带法方法计算柱构件的弯矩-曲率曲线,同时通过理论分析得出ECC层的有效厚度,保证柱构件内部筋材屈服区域先发生在ECC层。模拟结果表明:截面条带法可以很好的模拟柱构件弯矩-曲率曲线,试验值与模拟值拟合较好,验证了ECC本构模型的准确性,而得出的ECC层厚度满足构件塑性铰区域发生在ECC层内的要求,使得在控制了成本的情况下发挥ECC的优势。(3)在试验的基础上,通过ABAQUS建模分析各柱构件荷载-位移曲线,验证模型的准确性,并在此基础上进行参数分析,分别考虑了ECC强度、FRP筋与钢筋面积占比、FRP筋种类和配筋率的等参数对柱构件承载能力的影响。分析结果表明:通过有限元的模拟可以很好的模拟柱构件荷载-位移曲线,ECC强度的提高对承载能力提高不明显,且对变形能力方面影响不大;FRP筋中CFRP筋其强度和弹性模量均优于其它FRP筋材,CFRP筋加固柱构件承载力最大,AFRP筋次之;在FRP筋钢筋面积配比方面,随着FRP筋面积占比增大,承载能力和延性显著提高;随着柱构件整体配筋率的增大,构件承载能力和延性都得到很大的提升。