配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱边节点抗震性能试验研究

改善工程材料韧性和耐久性,提高框架梁柱节点抵抗变形和破坏的能力,是提高框架结构抗震韧性的有效途径之一。采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料代替普通混凝土应用到梁柱边节点,考虑轴压比和加密区体积配箍率的影响,设计6个配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料、1个配筋单掺PVA纤维增强水泥基复合材料和1个钢筋混凝土梁柱边节点试件进行拟静力试验,分析其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、钢筋应变和梁端塑性铰区转角,探讨混杂纤维的加入对梁柱边节点抗震性能的影响。结果表明：与钢筋混凝土节点和单掺PVA纤维增强水泥基复合材料节点相比,PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料节点的承载力高、变形能力大、延性好、耗能能力强,抗震性能显著提升。当试验轴压比从0.12增加到0.24,梁端塑性铰区产生一定的外移,塑性性能发挥更充分,同时试件的变形能力、延性、耗能能力增加。在加密区体积配箍率减小的情况下,试件仍表现出良好的抗震性能。     

基于水泥基复合材料连接的装配式框架节点抗震性能试验研究

为研究采用水泥基复合材料(ECC)连接的装配式框架梁柱节点的抗震性能,对3个ECC连接框架节点试件和1个对比用普通混凝土框架节点试件进行低周反复荷载试验,分别研究现浇区材料、现浇区长度以及现浇区钢筋连接方式对节点抗震性能的影响。试验结果表明:使用ECC替代普通混凝土能显著提高试件的延性及耗能能力;增大ECC连接段的长度能有效提高试件的延性和耗能性能,当ECC现浇区长度增长100 mm时,耗能能力提高了20%;采用套筒连接的装配式节点具有较好的抗震性能,而采用焊接连接的装配式节点在低周反复荷载作用下很快断裂,所以在工程中不宜采用。     

海水腐蚀环境下PVA-钢混杂纤维混凝土弯曲韧性研究

通过模拟海水环境,对同体积率下钢纤维和PVA纤维进行了混掺,采用干湿交替腐蚀方法研究了PVA-钢混杂纤维混凝土的弯曲韧性。结果表明,腐蚀后混杂纤维混凝土的初裂荷载、峰值荷载和弯曲强度均下降;PVA-钢混杂纤维混凝土经腐蚀后的混凝土韧性指数I_5、I_(10)和弯曲韧性比均降低,纤维对基体的耗能能力、延性和增韧效果下降明显。     

混杂纤维增强延性水泥基复合材料力学性能与裂宽控制

为实现纤维增强延性水泥基复合材料高强度与高延性的匹配,在原有材料体系中附加钢纤维,试验研究了混杂聚乙烯醇(PVA)/钢纤维增强延性水泥基复合材料的轴拉、抗压性能.结果表明:随着钢纤维掺量的增加,混杂纤维增强延性水泥基复合材料开裂强度和抗拉强度不断提高,裂纹宽度显著降低,且钢纤维对高强基材的作用效果更加显著;当钢纤维掺量适量时,混杂纤维增强延性水泥基复合材料的极限拉应变得到有效提升,而钢纤维掺量对抗压性能的影响并不显著;PVA纤维和钢纤维混杂可获得高强度、高延性和低裂纹宽度的水泥基复合材料.     

混杂纤维混凝土柱抗震性能试验研究

设计制作了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱试件,并对其进行低周反复荷载试验以研究其抗震性能。通过分析破坏现象、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能指标,探讨纤维种类、纤维体积掺量对试件各抗震性能指标的影响规律。结果表明:钢-聚丙烯混杂纤维的掺入使得试件滞回曲线更加丰满、捏拢现象减缓,骨架曲线延性平台更为明显,达到峰值荷载后,骨架曲线下降更为缓慢、刚度退化趋缓,塑性变形能力和耗能能力相应增加,柱的抗震性能得到提高。在选取的纤维体积掺量中,钢纤维体积掺量为1.5%时试件的抗震性能最优。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱抗震性能试验研究

考虑纤维种类、轴压比、剪跨比、配筋率等因素,设计制作22根钢-聚丙烯混杂纤维混凝土框架柱试件,通过低周反复荷载试验研究柱的抗震性能。基于实测的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及破坏形态,探讨纤维种类等因素对试件耗能能力和延性的影响规律,建立钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱位移延性系数计算公式。结果表明,钢-聚丙烯混杂纤维在增强柱耗能能力方面优于钢纤维或聚丙烯纤维,并随轴压比的增大,其发挥作用越明显;剪跨比、纵筋配筋率和配箍率对混杂纤维混凝土柱耗能能力和延性的影响与普通混凝土柱类似,随其增大而提高。     

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料梁柱节点抗震性能研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(green high-performance fiber-reinforced cementitious composites,GHPFRCC)是具有高韧性、卓越的裂缝控制能力、高耗能特点的新型绿色建筑材料,具有较好的抗震应用前景.首先进行了混凝土梁柱节点和GHPFRCC梁柱节点的低周往复荷载试验,在验证模型有效性的基础上,利用OpenSees对GHPFRCC梁柱节点的抗震性能进行轴压比、GHPFRCC浇筑范围的参数化分析.结果 表明:OpenSees数值模拟的混凝土梁柱节点和GHPFRCC梁柱节点滞回曲线与试验值吻合较好;提高轴压比可以增强节点的抗剪承载力,但会降低节点延性,建议轴压比取值0.3～0.5;GHPFRCC可以增强梁柱节点的抗震性能,节点核心区及600 ～ 900mm梁端范围浇筑GHPFRCC可以有效改善节点的抗震性能.     

小跨高比纤维增强混凝土连梁抗震性能试验研究

通过3个不同配筋、不同材料(普通混凝土、纤维增强混凝土)的小跨高比混凝土连梁在低周往复荷载作用下的试验,对比分析小跨高比纤维增强混凝土连梁的破坏形态、延性性能、承载能力以及耗能性能,研究掺加PVA纤维对小跨高比混凝土连梁抗震性能的影响。结果表明,加入PVA纤维可以推迟小跨高比混凝土连梁开裂,显著改善连梁的剥落状态,提高连梁的极限荷载,而且连梁的位移延性和耗能能力也有所增加。     

装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点抗震性能试验研究

为研究装配式高强钢筋钢纤维混凝土框架节点的抗震性能,对2个预制装配式混凝土节点试件和1个现浇普通混凝土节点试件进行低周往复荷载试验,对比分析装配式混凝土节点试件的破坏特征、滞回特性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明：节点核心区加入工字钢的装配式高强钢筋钢纤维混凝土梁柱中节点试件发生梁端弯曲破坏,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求;普通现浇节点和采用钢板焊接端板连接的节点均发生节点核心区剪切破坏,而装配式混凝土节点核心区破坏程度较轻;在节点核心区及后浇区加入钢纤维能减少裂缝宽度,延缓裂缝传播,减轻核心区混凝土剥落程度,改善节点破坏形态;预制装配式混凝土梁柱节点试件的极限荷载、滞回性能和耗能能力均得到提高,刚度退化得到减缓,从而改善预制混凝土框架节点的抗震性能。     

PVA纤维增强水泥基复合材料抗氯离子渗透性能

为了研究PVA纤维对水泥基复合材料抗氯离子渗透性能的影响,测定了不同掺量的PVA纤维增强水泥基复合材料的电通量。结果表明,PVA纤维增强水泥基复合材料具有明显优于普通水泥基复合材料的抗氯离子渗透性能。掺量0.5%～2.5%的PVA纤维使材料的电通量降低了15.6%～42.2%。根据试验数据,评价了不同纤维掺量的试件的氯离子渗透性,分析了PVA纤维掺量对水泥基复合材料电通量的影响规律,并基于灰色系统理论建立了电通量与PVA纤维掺量之间的函数关系模型。     

外包配筋ECC组合柱抗震性能试验研究与有限元分析

工程用水泥基复合材料(ECC)是一种具有高延性、高韧性和多缝开裂特征的纤维增强水泥基复合材料,采用配筋ECC制作柱永久性模板,其内浇筑素混凝土形成组合柱。设计了4根外包配筋ECC组合柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱,开展拟静力试验,研究组合柱破坏形态和抗震性能。试验结果表明：ECC组合柱表现出明显的多缝开裂特征和更好的延性;随着剪跨比增加,柱端水平荷载-位移滞回曲线饱满,峰值荷载降低,但位移延性系数和能量耗散系数分别提高50%和185%;配箍率较高的构件,柱端水平荷载-位移滞回曲线较饱满,刚度退化较缓,变形能力较大。基于OpenSees平台,嵌入ECC材料本构模型,模拟了试验柱端水平荷载-位移曲线,并与试验结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。     

PVA纤维增强混凝土框架柱抗震性能数值分析

为了研究低周往复荷载作用下PVA纤维增强混凝土框架柱的抗震性能,基于有限元模拟软件Open Sees,采用纤维模型对PVA纤维增强混凝土柱和普通钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行数值模拟,从柱滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性性能及耗能能力方面对数值模拟结果与试验结果进行对比分析,校准采用的PVA纤维增强混凝土本构模型参数。在此基础上,重点分析了PVA纤维增强混凝土柱剪跨比、轴压比等参数对其抗震性能的影响。参数分析结果表明:随着柱剪跨比的增加,位移延性系数先增后减,在剪跨比为3时达到最大,极限位移角随剪跨比的增加而增加;随着柱轴压比的增加,位移延性系数和极限位移角均减小。     

型钢高强混凝土框架柱抗震性能试验研究

基于16个型钢高强混凝土(SRHSC)框架柱试件的低周反复加载试验,对其抗震性能进行了研究。试件设计参数为剪跨比、轴压比、混凝土强度、含钢率和配箍率。对不同设计参数试件的受力特点、破坏形态、滞回性能、骨架曲线、耗能能力、位移延性等主要抗震性能指标进行了分析,得到了试件耗能指标、位移延性与诸设计参数之间的关系曲线。试验结果表明：试件荷载-位移滞回曲线饱满,下降段较为平缓,其他各项抗震性能指标较为优异,总体上表现出良好的抗震性能;混凝土强度等级超过C100的SRHSC框架柱的承载力优势明显,但由于高强混凝土的脆性导致其耗能能力及延性较普通型钢混凝土框架柱稍差;试件剪跨比、含钢率以及配箍率的提高能够增强其抗震性能,而混凝土强度、轴压比的提高将降低其抗震性能。     

碳纤维布加固震损CFRP筋高韧性纤维混凝土柱抗震性能试验研究

为探究CFRP筋高韧性纤维混凝土柱的抗震性能及可修复性能,以剪跨比和轴压比为变量,设计了6根CFRP筋高韧性纤维混凝土柱,其中3根为不进行加固的对比柱,剩余的3根柱先进行预损伤处理,再用碳纤维布进行加固修复,对上述试件进行低周反复荷载下的抗震性能试验。对试件的破坏形态、滞回特性、刚度退化、延性、综合性能指标以及耗能能力进行研究。结果表明：CFRP筋高韧性纤维混凝土柱表现出明显的多缝开展特征和良好的变形能力;水平荷载下降至峰值荷载的85%,停止加载,试件仍具有较好的完整性,且所有试件均表现出弯曲破坏的特征。轴压比越大,峰值荷载越大,滞回曲线的形状越饱满;剪跨比越大,极限水平位移越大,但峰值荷载越小。加固后试件的累积耗能较未加固试件提高2.0~4.2倍,仍具有良好的耗能能力,说明CFRP筋高韧性纤维混凝土柱具有良好的可修复性,且碳纤维布加固的方法有效可行。     

十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能

为研究十字形截面钢-混凝土组合异形柱的抗震性能,对5个不同轴压比、配钢形式的试件进行低周反复加载试验。研究了滞回曲线、骨架曲线、延性性能、刚度退化、耗能性能等抗震性能,对比分析了轴压比和配钢形式对抗震性能的影响。结果表明,轴压比较大的试件具有更高的承载能力,但延性降低、刚度退化速率加快;与普通钢筋混凝土异形柱相比,在异形柱内配置型钢可改善滞回性能、增强刚度、延性性能、承载能力和耗能性能,减轻破坏程度,从而提高抗震性能。配钢形式为T形钢加方钢管的试件除刚度退化外,其他性能均优于实腹型配钢试件。     

基于SMA和ECC复合材料的功能自恢复剪力墙#br# 抗震性能试验研究

剪力墙作为高层建筑广泛采用的水平抗侧力构件,承担着结构绝大部分的水平地震作用。因此,剪力墙受力性能的优劣对整个建筑结构的抗震性能尤为重要。为提高剪力墙的变形能力,减小剪力墙的损伤和残余变形,实现震后的快速恢复,提出一种具有自复位功能的剪力墙。在该剪力墙塑性铰区采用形状记忆合金筋(Shape Memory Alloy,简称SMA)替代纵向钢筋,实现墙体的自复位功能;采用工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)替代普通混凝土,解决混凝土的脆性剥落损伤。为检验新型剪力墙的抗震性能,设计制作4个剪力墙试件,分别为普通混凝土剪力墙、高延性ECC增强剪力墙、超弹性SMA增强剪力墙和SMA和ECC共同增强剪力墙,并进行低周往复荷载试验,对比分析剪力墙的破坏模式以及承载力、自复位能力、延性、耗能能力等抗震性能。研究结果表明：与普通钢筋混凝土剪力墙相比,SMA和ECC共同增强剪力墙不仅损伤小,实现功能的快速修复,而且自复位能力达到85%以上,构件复位效果显著;同时表现出较好的延性。     

配置HRB500E钢筋混凝土梁柱组合体抗震性能研究

HRB500E是我国新开发的一种高强抗震钢筋,目前国内对其工程应用研究还处于起步阶段。关于配置HRB500E的钢筋砼梁柱组合体的抗震性能还缺乏相关的试验研究,因此,本文参照现行相关规范设计了4个钢筋砼梁柱组合体足尺试件,其中2个配置HRB500E,另2个配置HRB335,并对这些试件进行了低周往复加载试验。对配置HRB500E的试件在裂缝发展、破坏形态、滞回特性、耗能、延性和刚度退化等方面与等体积配置HRB335的试件作了对比分析。结果表明:配置HRB500E的钢筋砼梁柱组合体与配置HRB335的钢筋砼梁柱组合体存在着类似的破坏现象,同时两者均具有良好的延性。但配置HRB500E的钢筋砼梁柱组合体有更高的承载力、变形能力和耗能能力,表现出了良好的抗震性能。     

BFRP-钢板-混凝土组合双连梁抗震性能试验研究

为研究BFRP-钢板-混凝土组合双连梁的受力性能和破坏机理,完成了1个普通钢筋混凝土单连梁、1个普通钢筋混凝土双连梁、1个内置钢板的钢筋混凝土双连梁、1个外包BFRP布的钢板-混凝土组合双连梁的低周往复加载试验,研究了不同连梁形式和外包BFRP布对其抗震性能的影响,分析了各连梁的破坏形态、破坏特征、承载能力、变形能力和耗能能力等,并利用数字图像相关（DIC）测试技术分析了BFRP布应变随位移和时间变化的分布规律。结果表明：内置钢板和包裹BFRP布后,双连梁的延性、耗能和承载力均有显著提高;内置钢板显著提高了普通钢筋混凝土双连梁的承载能力和耗能能力,包裹BFRP布有效地提高了钢板-混凝土组合双连梁的持荷能力,BFRP布能较好地抑制混凝土裂缝的开展以及延缓混凝土的破坏速度。DIC测试技术能够较好地测定连梁外包BFRP布的变形以及应变变化,BFRP布在靠近梁墙交界处所受的力较大。     

Experimental study on seismic behavior of BFRP-plate-reinforced composite double coupling beams

为研究BFRP-钢板-混凝土组合双连梁的受力性能和破坏机理，完成了1个普通钢筋混凝土单连梁、1个普通钢筋混凝土双连梁、1个内置钢板的钢筋混凝土双连梁、1个外包BFRP布的钢板-混凝土组合双连梁的低周往复加载试验，研究了不同连梁形式和外包BFRP布对其抗震性能的影响，分析了各连梁的破坏形态、破坏特征、承载能力、变形能力和耗能能力等，并利用数字图像相关（DIC）测试技术分析了BFRP布应变随位移和时间变化的分布规律。结果表明：内置钢板和包裹BFRP布后，双连梁的延性、耗能和承载力均有显著提高；内置钢板显著提高了普通钢筋混凝土双连梁的承载能力和耗能能力，包裹BFRP布有效地提高了钢板-混凝土组合双连梁的持荷能力，BFRP布能较好地抑制混凝土裂缝的开展以及延缓混凝土的破坏速度。DIC测试技术能够较好地测定连梁外包BFRP布的变形以及应变变化，BFRP布在靠近梁墙交界处所受的力较大。     

Experimental study on seismic behavior and shear capacity of FRC coupling beams with small span-to-depth ratio

为了改善小跨高比连梁的抗震性能,采用纤维增强混凝土（FRC）替代连梁中的普通混凝土,考虑跨高比、箍筋间距和FRC强度等因素的影响,设计了7个小跨高比FRC连梁试件和1个普通混凝土连梁对比试件。通过拟静力试验,观察连梁试件在低周反复荷载作用下的破坏过程和形态,研究其滞回特性、变形能力、耗能能力及刚度退化等。结果表明：8个小跨高比连梁试件发生了剪切破坏或弯曲剪切破坏;跨高比和配筋相同的FRC连梁的受剪承载力和位移延性系数比普通混凝土连梁分别提高了9.71%和24.31%,达到破坏荷载时的累积耗能是普通混凝土连梁的1.5倍,采用FRC可提高连梁的承载能力、延性和耗能能力;随着跨高比增大和箍筋数量的增加,连梁的变形和耗能能力提高。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比连梁的受剪承载力计算式,其计算值与试验值吻合较好。