【摘 要】
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在近几十年的地震灾害调查中发现许多建筑结构是按旧有规范设计,其柱底采用钢筋搭接形式,由于旧规范设计的搭接长度过短或者配箍率不足等问题使得柱子在地震作用下由于混凝土的过早开裂剥落导致钢筋搭接失效,柱子承载力快速下降,延性较差,已不能满足现有的抗震等级的需要,因此需要进行抗震加固。目前针对搭接柱的加固方案大多都是从约束机理出发,如包裹FRP布或者钢套箍加固等等,很少有人从搭接柱本身材料出发,如采用高性
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在近几十年的地震灾害调查中发现许多建筑结构是按旧有规范设计,其柱底采用钢筋搭接形式,由于旧规范设计的搭接长度过短或者配箍率不足等问题使得柱子在地震作用下由于混凝土的过早开裂剥落导致钢筋搭接失效,柱子承载力快速下降,延性较差,已不能满足现有的抗震等级的需要,因此需要进行抗震加固。目前针对搭接柱的加固方案大多都是从约束机理出发,如包裹FRP布或者钢套箍加固等等,很少有人从搭接柱本身材料出发,如采用高性能材料来控制搭接区的裂缝开展,从而达到搭接钢筋能够持续受力的目的。本文利用超高性能混凝土UHPC(Ultra-high Preformance Concrete)和近表面植筋的方式(Near-Surface Mounted,简称NSM)复合加固柱,以希望提高搭接柱的承载力和延性。本文一共设计了3个试件,一个搭接对比柱、采用UHPC加固柱、UHPC与近表面植筋复合加固柱,通过拟静力试验对比研究UHPC和近表面植筋加固对旧有搭接缺陷柱的抗震性能的提升,本文主要的研究工作以及取得的成果如下:(1)试验方案可行性设计。近表面植筋的锚固性能对于近表面植筋加固效果十分重要,但目前植筋锚固承载力还没有统一的计算公式,本文采用非线性映射能力较强的BP神经网络对植筋锚固的承载力进行预测,结果发现神经网络比经验公式预测精度更高、变异系数更小,并根据神经网络原理对结果进行了输出。然后基于神经网络模型计算出的锚固承载力对试验方案进行评估。(2)对三个试件进行拟静力试验,试验结果发现:搭接柱由于普通混凝土过早受拉开裂而导致钢筋粘结失效,承载力快速下降;采用UHPC加固后的试件在搭接区的裂缝开展缓慢,加固试件能维持着较高的承载力持续受荷,试件最终在高延性比下由于钢筋相继拉断而破坏;UHPC的“套箍”作用能为NSM筋提供侧向约束力,从而避免NSM筋剥离破坏,而近表面加固法能显著提升试件承载力,这说明复合加固方案是可行的。采用UHPC加固和复合加固的方法对于柱的承载力的提升分别是116.3%和159.37%,加固后延性系数最高提高到302%。其次采用UHPC和复合加固方法对于试件的刚度影响不大,能够实现强度和刚度的良好匹配。(3)根据搭接柱的失效模式,对搭接区钢筋的本构进行合理的假设,然后再基于OpenSees软件平台,从实验数据出发,对搭接柱和两种加固方法加固的柱子进行数值仿真,在此基础上,进一步探讨轴压比、混凝土强度、搭接长度以及NSM钢筋直径对于柱子的滞回性能影响。
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