抗震鋼筋混凝土柱的破壞準則及截面混凝土纖維的損傷累積性能研究.pdf

1、現代抗震設計思想允許相應的鋼筋混凝土結構構件的控制部位在強烈地震作用下進入屈服后非彈性變形狀態(tài)。由于結構在這種隨機非彈性反應歷程中的損傷累積方式與靜力加載不同，即損傷既隨變形的增大而累積，亦隨變形的重復次數而累積，因此迫切需要找到一種判別方法，來有效預測一個結構中的各個受力構件在這種反應歷程中是否會喪失對地震作用和豎向荷載的承載能力。這種判別方法也就是通常所說的針對強震反應的結構構件破壞準則。 多年來，研究界一直希望根據以不同方

2、式經歷多次反復循環(huán)受力直到破壞的各類鋼筋混凝土構件的試驗結果，建立能識別構件在隨機非彈性位移循環(huán)中是否發(fā)生破壞的判別準則。在現有的破壞準則中，較早提出的是各種單參數準則，隨后發(fā)展到多參數準則，再進一步還提出過基于單循環(huán)損傷指標增量累積的破壞準則。其中，以Park-Ang雙參數破壞準則為后續(xù)研究者使用得最為廣泛。本文依據所收集到的國內外在恒定軸向壓力作用下鋼筋混凝土柱以不同方式循環(huán)加載到破壞的試驗結果，對Park-Ang準則和基于單循環(huán)損

3、傷指標增量累積的破壞準則進行了試驗驗證。另外，為了進一步了解在等幅側向位移循環(huán)加載下鋼筋混凝土柱截面混凝土纖維的受力特點，本文進行了共計7根經專門設計的鋼筋混凝土柱低周疲勞試驗。其中有可靠結果的共計3根柱，其余4根柱因新裝備的MTS數控系統(tǒng)處在調試階段而只獲得了部分結果。通過上述研究工作，得出的有學術價值的主要結論為： ① 通過對本論文所收集到的鋼筋混凝土柱低周疲勞試驗結果的理論分析，得出了如下?lián)p傷累積規(guī)律：直至構件破壞時，循

4、環(huán)位移幅值大的構件比幅值小的構件累積的滯回能量小得多；也就是說，循環(huán)位移越大，位移為破壞所作的貢獻越大，能量累積為破壞所作的貢獻就越小。 ② 根據本論文所收集到的一定數量的國內外鋼筋混凝土柱在恒定軸向壓力作用下的低周反復試驗結果，揭示出目前廣為應用的Park-Ang雙參數破壞準則內部所隱含的損傷累積規(guī)律：在位移和能量這兩個導致構件損傷累積至破壞的主要因素中，隨著循環(huán)位移延性系數的增大，位移項的貢獻逐步下降，能量項的貢獻則逐步增大

5、。顯然，這一趨勢與上述從試驗數據中得出的第一項結論是相悖的。 ③ 利用本論文所收集到的試驗結果，對Park-Ang準則進行了修正，使其反映出的位移項和能量項對導致構件損傷累積至破壞的貢獻規(guī)律符合從試驗數據中得出的規(guī)律，并改善了其預測破壞時D值的準確性，減小了離散性。 ④ 通過對恒定軸力作用下鋼筋混凝土柱低周疲勞試驗研究，較準確測定了標距內混凝土的平均應變在一個加載循環(huán)內的變化規(guī)律及其隨循環(huán)周數增長的變化規(guī)律，得出了以下重

6、要結論：當試驗柱在恒定軸向壓力的作用下完成其等水平位移循環(huán)時，其塑性鉸區(qū)混凝土纖維的單周最大壓應變將隨循環(huán)周數逐漸增大，而其單周最大名義拉應變則隨循環(huán)周數逐步下降。 ⑤ 根據本論文中恒定軸力作用下鋼筋混凝土柱低周疲勞試驗結果，對柱試驗性能與軸壓比的關系作了討論，發(fā)現：1) 柱的軸壓比越大，柱 曲線的骨架線下降段越陡；軸壓比越小，柱 曲線的骨架線下降段越平緩；2) 柱的軸壓比越大，混凝土保護層剝落高度越大；3) 縱筋的疲勞拉斷似乎

7、只出現在軸壓比較小的情況中。 ⑥ 利用本論文中所收集到的試驗結果，檢驗了本論文作者所在研究集體原來提出的基于單循環(huán)損傷指標增量累積的破壞準則，并修正了其中所涉及的不同軸壓比下對稱位移循環(huán)加載和非對稱位移循環(huán)加載鋼筋混凝土柱低周疲勞壽命公式，改善了該準則識別各類多次反復加載構件破壞狀態(tài)的有效性。 ⑦ 利用本論文作者所在研究集體已完成的鋼筋混凝土柱試驗的實測屈服位移值，驗證了國際知名的Panagiotakos和Fardis屈