外包式ECC-RC組合柱抗震性能及設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、工程用水泥基復(fù)合材料(ECC，Engineered Cementitious Composites)是一種具有高延性、高韌性和多縫開裂特征的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，采用ECC材料能有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。但由于制作ECC的日本進(jìn)口PVA纖維較為昂貴，一般只選擇性地應(yīng)用在結(jié)構(gòu)的某些關(guān)鍵部位。為使ECC能夠在實(shí)際工程中大規(guī)模應(yīng)用，可將國產(chǎn)PVA纖維和日產(chǎn)PVA纖維以一定的比例混合，配制高性價(jià)比的混雜PVA-ECC。基于E

2、CC的材料設(shè)計(jì)理論，對摻有硅粉的混雜PVA-ECC進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)并將其作為永久性模板制成ECC/RC組合柱。本文對ECC/RC組合柱的抗震性能進(jìn)行了試驗(yàn)和數(shù)值分析，并總結(jié)了基于性能的設(shè)計(jì)方法，為提升結(jié)構(gòu)抗震性能提供了一個(gè)新的選擇方案。
　　(1)對ECC的國產(chǎn)化進(jìn)行了研究，基于微觀力學(xué)模型，兼顧抗壓強(qiáng)度和受拉能力，對摻有硅粉的混雜PVA-ECC中的纖維體積含量進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)和軸心抗壓試驗(yàn)，研究了混雜PVA-ECC

3、在不同齡期下的彎曲性能和抗壓性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，混雜PVA-ECC試件均表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變硬化和多縫開裂的特征，且其抗壓強(qiáng)度后期增長明顯。根據(jù)試驗(yàn)測得的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，提出針對混雜PVA-ECC的單軸受壓本構(gòu)模型，為ECC的國產(chǎn)化和混雜PVA-ECC在工程中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)參數(shù)。
　　(2)為研究ECC/RC組合柱的抗震性能，本文對4根組合柱、1根普通混凝土柱進(jìn)行了低周往復(fù)荷載試驗(yàn)，對試件的滯回曲線、骨架曲線、剛度退化、耗能能力、

4、延性等抗震性能進(jìn)行分析，采用基體材料、剪跨比以及配箍率作為控制參數(shù)來研究對其對抗震性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，ECC/RC組合柱表現(xiàn)出明顯的多縫開裂特征和更好的延性。隨著剪跨比的減小，構(gòu)件的屈服強(qiáng)度提高，滯回曲線扁平，受剪承載力提高，但峰值荷載后，剛度與承載力下降迅速，極限位移和位移延性系數(shù)降低;配箍率較高的構(gòu)件，滯回曲線較飽滿，峰值荷載后強(qiáng)度、剛度退化較緩，位移延性系數(shù)與變形能力較大。
　　(3)本文介紹了在OpenSEES中彎剪

5、相互作用的位移型梁柱單元考慮柱的剪切效應(yīng)的建模方法，采用本課題組在OpenSEES軟件中二次開發(fā)的ECC本構(gòu)模型對實(shí)驗(yàn)試件進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬得到的試件骨架曲線與試驗(yàn)結(jié)果吻合。在此基礎(chǔ)上，對試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行拓展，深入研究了軸壓比、配箍率和ECC外包層厚度對組合柱受力性能的影響。
　　(4)根據(jù)能力譜法的基本原理總結(jié)得到基于性能的設(shè)計(jì)步驟;基于有限元分析軟件ZeusNL采用靜力彈塑性分析方法研究了ECC/RC組合柱框架的抗震性能，并與普