超高强混凝土柱的受力性能研究及其在装配式结构上的应用

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近年来,建筑日益趋向复杂化、高层化,这使得框架柱截面增大,容易出现对抗震不利的短柱。使用超高强混凝土可以有效减小柱构件的截面尺寸,避免短柱的出现,将超高强混凝土与装配式结构结合可以降低施工难度且有利于节能减排。本文通过研究超高强混凝土柱受力性能的影响因素,提出适用于超高强混凝土柱的正截面受压承载力和斜截面受剪承载力计算公式,并且对比使用普通强度混凝土柱和超高强混凝土柱的装配式结构抗震性能,具体研究工作如下:(1)在ABAQUS软件中分别建立57个不同参数下的超高强混凝土柱,对其进行轴压加载,考察箍筋形式、箍筋直径、箍筋间距、截面尺寸、纵筋配筋率、核心混凝土面积对超高强混凝土柱受压性能的影响。(2)基于有限元模拟结果,对比中美日三国现行规范中正截面受压承载力计算公式对于超高强混凝土柱的适用性,经对比后发现中美日三国规范公式在用于超高强混凝土柱时均偏于保守,因此本文提出适用于超高强混凝土柱的正截面受压承载力计算公式,经计算对比后发现该公式精确性更好且离散性更小。(3)在ABAQUS软件中分别建立72个不同参数下的超高强混凝土柱,对其进行水平低周往复加载,考察箍筋形式、箍筋直径、箍筋间距、截面尺寸、纵筋配筋率、核心混凝土面积、剪跨比、轴压比对超高强混凝土柱抗剪性能的影响。(4)基于有限元模拟结果,对比中国、美国、欧洲三种现行规范中斜截面受剪承载力计算公式对于超高强混凝土柱的适用性,经对比后发现三种规范公式在用于超高强混凝土柱时均偏于保守,因此本文提出适用于超高强混凝土柱的斜截面受剪承载力计算公式,经计算对比后发现该公式精确性更好且离散性更小。(5)结合某一高层RC装配式框架结构为例,分别采用普通混凝土柱和超高强混凝土柱进行设计,在ABAQUS软件中建立两个结构模型进行模态分析与动力弹塑性时程分析,结果表明:使用超高强混凝土能有效减小柱构件截面尺寸,降低结构自重,增大结构自振周期,降低整体结构的基底剪力,更有利于结构抗震,结构层间位移角虽有略微增大,但未超过限值。对比两个结构中的框架柱内力发现,当框架柱内力在其承载力范围内时,超高强混凝土柱的承载力安全储备大于普通强度混凝土柱。
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