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平安性试验表白 利用PVA ECC资料后 布局的毁伤蒙

属于两头刚接、反弯点正在跨中的弯曲深梁因为其剪压比力大 容易发生沿斜裂痕的脆性剪切粉碎 且正在频频荷载感化下承载力退化严沉 耗能能力也差 因而国表里都十分注沉小跨高比连梁的研究。通过研究表白 按照旧规框架梁的设想方式对小跨高比连梁进行抗震设想 曾经不克不及满脚其抗震机能要求。 已提出的几种小跨高比抗震连梁设

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属于两头刚接、反弯点正在跨中的弯曲深梁因为其剪压比力大 容易发生沿斜裂痕的脆性剪切粉碎 且正在频频荷载感化下承载力退化严沉 耗能能力也差 因而国表里都十分注沉小跨高比连梁的研究。通过研究表白 按照旧规框架梁的设想方式对小跨高比连梁进行抗震设想 曾经不克不及满脚其抗震机能要求。 已提出的几种小跨高比抗震连梁设想方案国表里学者目前还未找到一种既便利施工又具有优良抗震机能的小跨高比连梁设想方案。正在我国的规范中 对于小跨高比连梁采纳设置程度缝构成双连梁、多连梁或采纳其他加强受剪承载力的构制办法。小跨高比连梁受剪承载力的计较缺乏理论根据 因而未能构成完美的承载力计较方式。对于通俗钢筋混凝土小跨高比连梁 即便按照强剪弱弯的方式进行设想 连梁仍然不成避免的正在端部发生脆性剪切粉碎。为了找到一种高延性、施工便利的小跨高比连梁设想方案 国表里学者次要从三个方面进行研究 采用新型配筋方案、新型截面形式和高机能混凝土 以期找到一种高延性、施工便利的小跨高比连梁设想方案。 通俗配筋方案对于仅配有抗弯钢筋和抗剪箍筋的连梁 因为其配筋形式简单 是我国目前遍及采用的连梁配筋形式。国表里对这种配筋形式的连梁做了大量的研究。 从上世纪60年代 学者T Paulay 进行试验后得出连梁裂痕呈现后 拉应力通过纵筋传送到连梁受压部门 使得连梁的抗弯能力降低。正在连梁频频受力后 梁端截面纵筋受拉 梁端发生垂曲裂痕。跟着荷载的增大 连梁沿着裂痕截面发生滑动 最终导致连梁发生剪压粉碎 传授别离于1983年和1985年进行了36个通俗配筋连梁正在低周频频荷载感化下的试验研究。研究了剪压比、跨高比、剪箍比等要素对连梁承载力的影响。试验成果表白连梁的粉碎形态能够分为剪切型、弯曲剪切型和弯曲滑移型三种。对于跨高比小于3 剪压比和剪箍比是影响连梁粉碎形态、耗能和延性的次要要素。1983 1984年间 土木系和天津市建科院通过对16根连梁试件进行试验发觉 跨高比力小的连梁动弹延性较小 极限承载力较大 配箍率对连梁的极限承载力影响较着 增大配箍率能够较着提高连梁的承载能力 但配箍率对延性的影响有必然范畴 当跨越配箍率上限时 添加配箍率对连梁延性的提高将不再较着。 2002年 沉庆大学 此中一根连梁严酷按照《高规》的设想另一根连梁的构制钢筋和配箍率高于《高规》 对这两根连西安建建科技大学硕士学位论文 梁的低周频频加载试验后指出增大构制钢筋和配箍率正在改善连梁延性方面结果不太较着同时指出《高规》中对通俗配筋小跨高比连梁的设想要求不克不及连梁正在地动感化下的耗能及延性要求。 斜对角交叉暗柱式配筋方案的T Paulay 正在20世纪70年代提出了图11所示的交叉暗柱式配筋方案。研究指出跨高比为1 30的这类连梁 正在低周频频荷载感化下能够达到6 0以上的位移延性系数 而且具有优良的耗能机能。但因为此种配筋方案正在连梁截面宽度标的目的的钢筋层数过多 需要的截面宽度一般不克不及小于350mm 无法正在布局层数较少的一般厚度连梁中使用 而且此种配筋方案施工难度较大 故我国工程界未积极采纳此种配筋方式。 Paulay配筋方案 菱形配筋方案短构件正在受剪时易发生脆性粉碎 这是钢筋混凝土布局正在大震感化下平安性的环节问题之一 若能避免这种粉碎 就能够显著改善连梁的平安性和靠得住性。 希腊学者I Tegos和GGPneelis正在上世纪90年代提出了菱形配筋方案 并对此种方案进行了试验及理论研究。1992至1993年戴瑞同传授制做并测试了跨高比为1 0的6根菱形配筋试件配筋体例如图1 2所示。试验得出 菱形配筋连梁的受力机能和延性系数均高于通俗配筋连梁 具有优良的耗能能力 菱形配筋连梁的受剪承载力由受力从筋斜向段、箍筋和混凝土等承担 此中受力从筋斜向段承担的剪力约占总剪力的56 71 分析斜筋方案沉庆大学皮天祥 10等正在对小跨高比连梁的抗震受力阐发的根本上提出了以菱形钢筋和对角交叉斜筋为次要配筋的分析斜筋小跨高比连梁设想方案 如图1 3所示。两类斜筋做为改善连梁受力机能的次要受力钢筋正在连梁平分别起着分歧的感化 菱形钢筋次要用于提高连梁的延性 对角交叉斜筋次要用于增大连梁的强度、刚度以及耗能机能 当对角斜筋用量偏多时 连梁刚度相对较大 耗能能力相对较强 而当菱形筋用量偏多时 耗能能力削弱 延性增大。只需二者连结恰当的用量比 就能全面提高连梁的抗震机能。分析斜筋连梁配筋方案使得连梁正在钢筋前裂痕平均发育 此种配筋方案使连梁的粉碎形态由低延性下的剪切粉碎改变为高延性下的斜压型剪切粉碎 使构件表示出优良的承载能力、刚度、延性和塑性变形能力。当剪压比不跨越0 分析斜筋配筋方案西安建建科技大学硕士学位论文 西安建建科技大学分段束缚箍筋的配筋方案梁兴文、刘清山提出了新配筋方案 11 12 如图1 4所示。这种方案沿梁截面高度将箍筋分三层安插 箍筋之间通过梁腹部构制钢筋来毗连 试验表白 新配筋方案连梁平分三层安插的箍筋对混凝土的束缚大大加强 从而使得混凝土斜压杆的受压承载力显著提高 由于箍筋和构制钢筋正在每层达到力的均衡 传送给混凝土的拉力削减 这正在必然程度上削减了混凝土的软化 提高了其承载能力。新配筋方案连梁正在剪压比大于0 15的环境下 其延性系数和通俗配筋小跨高比连梁的相当 而耗能能力比通俗通俗配筋连梁大良多 且发生弯曲剪切型粉碎 这表白它的分析抗震机能要优于通俗配筋连梁。 粉碎形式为脆性剪切粉碎。为了增大其延性有些学者从截面形式入手 通过改变截面形式将小跨高比连梁为通俗的梁。大学学者通过正在连梁开缝的形式来增大连梁的跨高比。开缝连梁的机能有所改善 但此种连梁刚度较小 无法布局所需侧向刚度 并且连梁对墙肢的束缚也减小。虽然开缝连梁增大了跨高比 使得剪切变形对连梁的影响减小 但其端部截面的抗剪机理仍未改变 所以开缝连梁和通俗形式的连梁一样 正在塑形铰区容易因剪切滑移而使连梁过早地发生剪切粉碎。 连梁基体材料的改变Igarashi等人 13 制做了采用高强混凝土和高强钢筋的连梁 对跨高比大于3的连梁进行了试验研究。研究得出 连梁正在发生弯曲后 抗剪配筋率能够显著提高连梁的变形能力和延性 楼板分布筋对连梁的变形能力影响很小 但能够提高连梁的抗弯承载力。目前 高强混凝土正在我国使用曾经比力普遍 但对高强混凝土连梁的研究仍然很少。 西安建建科技大学硕士学位论文 Harries等人14 对分歧跨高比钢连梁进行了研究 研究发觉钢连梁具有优良的耗能能力 能够完全改善连梁的抗震机能。Gong等人 15 及梁启智等人 16 别离对外包钢混凝土连梁及钢骨混凝土连梁进行了试验研究 研究成果指出以上两种连梁能够提高连梁的延性和抗剪承载力。但此种构件存正在一些需要处理的环节问题 好比钢梁的防火问题以及钢梁或钢骨正在墙肢中的锚固问题。 张宏和等人 17 研究了钢纤维高强混凝土连梁的受力机能 试验得出该连梁系统充实阐扬了钢纤维优良的韧性和塑性变形能力 使连梁的承载能力提高 耗能能力显著添加。 聚乙烯醇纤维工程水泥基复合材料PVA ECC PVAECC的提出 将两种或两种以上的分歧材料按必然体例连系正在一路 除了保留原构成材料各自的特征外 还将发生一种机能显著优于任何一种构成材料的新材料 这种新材料就成为“复合材料”。复合材料一般包含两相 一为持续相 称为“基体” 一为分离相 能够是胶状体 颗粒状或纤维状。我们常用水泥净浆 砂浆或混凝土做为基体 统称为“水泥基体”。当利用纤维做加强材时 所构成的复合材料统称为“纤维加强水泥基复合材料” Fiber Reinforced Cementitious Composite 缩写为FRCC 18 1980年Naaman19 第一次提出高机能纤维加强水泥基复合材料 Hign Performance Fiber Reinforced Cementitious Composite 缩写为HPFRCC 这一概念。该材料正在张拉过程中表示出假应变软化现象 而且有多条裂痕呈现。 ECC Engineered Cementitious Composite 20 是工程水泥基复合材料的缩写 该材料始于1992年美国密歇根大学高级土木匠程材料试验研究室。ECC的特点是韧性、抗拉强度和抗断裂机能均很高 拉应变值大于3 是通俗混凝土的100 300倍。并且饱和形态下多缝开裂的裂痕间距小于3mm。ECC具有应变软化特征 能够实现稳态开裂。图1 6的弯曲试验充实展现了ECC超高韧性和多裂痕开裂的特点21 ECC的裂痕开展西安建建科技大学硕士学位论文 FRCC和HPFRCC仅仅通过调整纤维掺量来实现高机能而ECC以断裂力学和细不雅力学为指点 无意识地调整纤维、基体和纤维 基体界面 使得ECC材料正在软化后发生应变软化效应。ECC的应变软化分歧于金属材料 是一个毁伤堆集的过程 所以称其为假应变软化。 纤维加强ECC材料最早用的是聚乙烯纤维 Polyethylene 缩写为PE 。1997年Victor Li22 24 和日本的Kanda 25 等起头将聚乙烯醇 Polyvinyl Alcohol 简称PVA 纤维用于ECC 研制出了聚乙烯醇纤维加强水泥基复合材料 PVA ECC 。PVA纤维弹性模量好 抗拉强度高 取水泥及水的亲和力好。PVA能ECC材料的耐久性且绿色环保 其成本仅为PE纤维的1 8且较着低于钢纤维。所以 PVA纤维做为加强材料是ECC的最佳选择。 PVAECC根基力学机能 国外的研究表白 取通俗混凝土比拟 PVA ECC材料具有以下劣势 26 优良的力学机能取通俗混凝土比拟较 ECC的长处次要集中正在拉伸应变软化、弯曲、抗剪等力学机能方面。正在单轴拉伸试验中 正在试件加载呈现第一条裂痕后 试件中裂痕两头的纤维的起到了传送应力的感化 试件荷载只要很是小幅度的突降 接着又呈现上升趋向 下一条裂痕发生后 荷载再度小幅突降。通俗素混凝土和FRC一般只正在亏弱面发生一条从裂痕 而PVA ECC正在加载过程中试件概况发生多条精密裂痕 而且宽度大致不异。正在裂痕开展过程中 应变不竭增大而荷载却根基连结不变 呈现出较着的应变软化现象。ECC的极限拉应变达到素混凝土的500倍 表现了材料的超高韧性。别的 正在冲击荷载感化下 ECC也具有很好的抗剪机能。Vasillag Xoxa 27 操纵平面纯剪试验对PVA ECC板的抗剪机能进行了较为系统的研究 PVA ECC板正在剪切感化下不会呈现刚度的俄然下降 而是呈现大量的彼此平行且分布稠密的裂痕 即便是正在统一条曲线上的裂痕也不会贯通 正在整个试验过程中曲至试件粉碎 都没有呈现ECC剥落现象。 平安性试验表白 利用PVA ECC材料后 布局的毁伤承受能力提高并且具有抗倾圮能力 28 正在蒙受地动粉碎后 布局的裂痕宽度很小 这将大大削减了震后的修复费用 人们已做过大量关于配筋ECC的试验研究 对梁、柱、梁柱毗连构件、填充墙、框架和连梁等进行轮回荷载感化下的测试 了ECC具有很好的抗震机能及起码的震后修补费用。正在剪应力下 配筋ECC具有高延性和高耗能能力 正在比力大的侧向位移下具有不变的畅回环和布局全体性。因为其具有优秀的剪切延性 正在上述构件中箍筋的数量能够削减以至不配。 西安建建科技大学硕士学位论文 可持续性根本设备的可持续性该当考虑到设备正在其生命周期的社会、经济及成本。密歇根大学分析考虑社会、和经济三要素 对钢筋混凝土的桥面板接缝设想进行了研究 29 。研究成果表白 PVA ECC的绿色 生命周期耗能少 修补频次低。虽然PVA ECC成本是通俗混凝土的3倍 但采用PVA ECC后 材料用量削减 设置装备摆设PVA ECC可用工业废料替代水泥熟料 故其可持续性很好。 耐久性根本设备正在和机械荷载感化下易发生老化。通俗混凝土的拉伸应变能力为0 01 正在拉力感化下很容易开裂 并且其耐侵蚀性较差。试验表白 PVA ECC正在干燥收缩的环境下 其裂痕宽度可正在30μm摆布 30 。取通俗混凝土分歧 PVA ECC的裂痕宽度取布局构件的尺寸无关。此外 委靡荷载不会增大PVA ECC的裂痕宽度。因而 用PVA ECC替代通俗混凝土 能够缓解或避免委靡裂痕扩展、层剥落及钢筋锈蚀、收缩开裂、性介质经由混凝土层渗入到钢筋概况等问题。PVA ECC因其优良的受拉延性及微裂痕节制机能将付与根本设备更高的耐久性。 国表里ECC的使用概况PVA ECC具有很高的能量接收能力 但强度凡是较低 本文采用我国处所的材料资本和工业废料 研制出强度和极限变形值满脚现实工程要求的高机能生态建建材料PVA ECC 以使其使用于高层抗震建建布局的环节部位 试验研究表白 PVA ECC用于以受剪为从的构件和高剪应力感化下的受弯构件 如剪力墙布局底部加强部位、框架布局梁、柱节点和梁、柱端部等 可削减或打消抗震构件的束缚钢筋数量 增大其受剪强度、变形能力和毁伤容限。 PVA ECC材料具有优良的延性 但要将其使用于根本设备及布局 还需进行试验取理论研究以全面领会其机能。国外曾经成功成长并使用了环保PVA ECC 基于可持续性考虑 和轻质PVA ECC 基于减轻自沉考虑 。正在美国、日本等国 PVA ECC已正在根本工程取建建工程中使用 并可用做桥面铺设材料、抗震布局材料、快速修补材料、高速公罩面材料、抗冲击材料和抗裂材料。 目前 PVA ECC的大规模现实工程使用工做曾经展开 31 33 。现实工程使用实例 2003年广岛县Mitaka大坝的修复 34 2004年日本北海道斜拉索桥的钢 PVA ECC复合桥面板 2005年美国的密歇根大学将PVA ECC毗连板用于桥面板 用其替代保守的伸缩缝。 西安建建科技大学硕士学位论文 本文研究目标找到一种无效的连梁类型 这品种型能够使跨高比不大于1 25的连梁的节制剪压比获得恰当的放松且具有比力抱负的延性和耗能能力 而且连梁的配筋构制不太复杂 便于施工。 通过新材料PVA ECC的使用 操纵其优良的韧性和塑性变形能力 达到削减抗震箍筋 提高连梁抗剪承载能力的目标。 制做4个PVAECC对角斜筋小跨高比连梁和1个通俗混凝土对角斜筋小跨高比连梁 并对其进行了低周频频程度荷载感化下的抗震机能试验 对其抗震机能进行研究。 采用无限元软件对PVAECC对角斜筋小跨高比连梁的试验过程进行模仿阐发 使模仿阐发成果取试验成果吻合。正在此根本上 对影响PVA ECC对角斜筋小跨高比连梁抗震机能的影响要素进行参数阐发 以获得影响这种连梁抗震机能的次要要素及其影响程度。西安建建科技大学硕士学位论文 10 PVAECC对角斜筋小跨高比连梁抗震机能试验研究 试验目标为了研究PVA ECC对角斜筋小跨高比连梁的抗震机能 本次试验设想了4个PVA ECC对角斜筋小跨高比连梁和1个通俗混凝土对角斜筋小跨高比连梁 并对其进行了程度低周频频荷载感化下的抗震机能试验。本试验的次要目标 地动感化下PVAECC对角斜筋小跨高比连梁的裂痕发育形式、变形和受力特点以及各类钢筋的应变分布特征 PVA ECC对角斜筋小跨高比连梁粉碎机理。 验证连梁基体采用PVAECC对改善连梁承载力及延性、刚度及耗能机能的无效性及其合用范畴。 试件尺寸及材料强度品级小跨高比连梁次要呈现正在联肢剪力墙中 本试验从双肢剪力墙中截取一个连梁以及取其相连的两头墙肢做为模子试件的原型。试件尺寸和模子尺寸之比为1 2。试件分为三段 两头部门为连梁 上、下两头模仿开洞剪力墙中的两个墙肢。 试件设想考虑了跨高比、斜筋曲径、混凝土抗压强度的变化。试件根基参数见表2 试件根基参数试件编号 基体材料CB 21035 75216 41 PVA ECC CB 21035 PVA ECC CB 25214 30 PVA ECC CB 21826 PVA ECC h为连梁截面高度α为对角斜筋取梁纵轴的夹角 此处斜筋为沿一个对角线标的目的的数量。 PVAECC由胶凝材料 水泥和粉煤灰 、精细砂 最大粒径为1 18mm 、减水剂、水、纤维拌杂而成。此中 水泥选用P 425R通俗硅酸盐水泥 粉煤灰选用一西安建建科技大学硕士学位论文 11 级粉煤灰 减水剂为萘系高效减水剂 纤维为聚乙烯醇 PVA 纤维 试件中PVA纤维体积掺量均为2 纤维根基参数见表2 所采用的纤维如图21所示。 PVA纤维各项机能目标纤维名称 长度 mm 曲径 mμ抗拉强度 MPa 弹性模量 GPa 伸长率 KURARAYK 12 39 1600 40 PVAECC纤维 设想了4个跨高比分歧的PVA ECC对角斜筋小跨高比连梁试件 以下简称PVA ECC试件 试件编号为CB2 CB5 试件尺寸及配筋见图2 所示试件端块配筋见图2 所示。连梁截面尺寸均为600110mm 即各试件截面高度取宽度连结不变 上、下程度受力钢筋别离为216 截面一侧的程度构制钢筋为212 为了验证PVA ECC及对角斜筋对连梁抗震机能的贡献 150配箍率远小于规范要求。PVA ECC试件制做时 连梁预制 即先浇建连梁 7天后浇建上、下端块 连梁应变片安插如图2 3所示 试件浇建施工图如图2 4所示。连梁两头埋入墙肢深度均为1 为对比阐发对应跨高比为1的PVA ECC连梁CB3 同时制做1个通俗混凝土对角斜筋小跨高比连梁试件 以下简称通俗混凝土试件 试件编号为CB1 两个试件尺寸和配筋均不异 仅基体材料分歧。通俗混凝土试件为全体浇建。

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