文摘

一个进行了实验研究,调查的抗震性能和抗剪强度活性粉末混凝土梁柱接头内部受到反向循环加载。四个梁柱接头标本是在调查和测试。故障特征、变形特性、延性和能量耗散的钢筋内部活性粉末混凝土梁柱节点进行了分析。接头的剪切强度计算根据gb5001 - 2010和ACI 318 - 14所示。结果表明,活性粉末混凝土梁柱接头shear-cracking更高强度和抗剪承载能力和强度退化和刚度退化不显著。此外,使用RPC马镫的梁柱节点可以减少拥堵关节核心。RPC接头的剪切力主要由斜支撑机制;ACI 318 - 14的设计表达式可以用于RPC抗剪强度的计算关节,有22%∼38%的安全裕度测试。

1。介绍

自1960年代以来,钢筋混凝土梁柱节点的性能一直是一个活跃的主体工程抗震的结构,和领域有很多成就1- - - - - -4]。普通混凝土和高强混凝土低压强度和韧性差,所以混凝土的延性关节主要取决于箍筋;这导致交通拥堵的钢筋接头和带来了困难,具体的位置5,6]。此外,由于混凝土的脆性和混凝土和酒吧之间的不协调变形,钢筋和混凝土的粘结性能的联合区域地震作用下会恶化。此外,分裂拉伸断裂和混凝土保护层剥落故障发生在混凝土和酒吧之间的接口。由于这些原因,一些新的设计方法开发。易卜拉欣(6)提出了钉头两端代替传统的封闭在钢筋混凝土梁柱节点箍筋。Kotsovou和哈里斯(7]提出了梁柱节点的抗震设计方法,证明了其有效性。研究表明,箍筋的间距联合区域可以减少使用钢纤维增强混凝土代替普通混凝土(8- - - - - -10]。换句话说,使用纤维混凝土或新设计方法可以减少箍筋的数量,方便施工。另一方面,钢筋混凝土结构的耐久性已经变得越来越重要。混凝土碳化和钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀会导致过早失效。活性粉末混凝土是一个可行的解决方案来克服这些问题在钢筋混凝土框架联合。

活性粉末混凝土(RPC)是一种新型的水泥基复合材料超高强度和性能。抗压强度可高达200∼800 MPa;抗弯强度可以达到30∼60 MPa (11,12]。RPC的抗冻性能水平可超过690次冻融的低质量损失速率低于3%。RPC抗碳化和氯离子渗透性远远高于其他混凝土13,14]。因此,框架结构的力学性能和耐久性可以提高利用活性粉末混凝土高强度和耐久性。此外,成员的断面尺寸和箍筋的数量可以减少。

近年来,已经有大量研究进行RPC的混合制备及力学性能,结果表明,RPC的力学性能比NC和HSC (15,16];此外,梁、柱的力学行为的研究已经由挂和Chueh17],马利克和培养[18邓,et al。19]。王等人。20.]介绍了抗震性能的研究报道RPC外观与高强度钢筋接头。研究已经证明,RPC结构明显的区别于正常和高强度混凝土结构由于RPC材料的性能的差异21,22]。本文基于RPC的梁柱接头准静态测试,研究RPC梁柱节点的抗震性能,研究箍筋比和轴压比的影响在RPC梁柱节点的抗震性能,研究RPC联合强制破坏机制,为RPC框架结构的抗震设计提供参考。

2。实验项目

2.1。试样

为了获得性能和RPC联合在循环荷载作用下的抗剪强度,测试标本需要确保剪切破坏的共同核心发生前梁和柱挠曲失败。根据这个概念“弱良好关系成员,弱beam-strong列,“四个关节标本的设计。试件设计参数如表所示1。样品数量由最初的联合,箍筋的数量在核心区域,和轴向压缩比。例如,“j - 1 - 0.3”表明,关节标本有一个马镫在核心和一个轴向压缩比为0.3。列标本的断面尺寸为200毫米×200毫米,和梁截面尺寸为150毫米×250毫米。样本大小和强化细节图所示1。

2.2。材料特性

表2总结了混合比例的RPC。RPC是使用42.5级普通硅酸盐水泥;表3显示了水泥的化学成分和物理性质。硅灰的粒径小于2μ米,密度为2.214公斤/米³和一个SiO₂内容的82.2%。聚合是石英砂0 - 2.5毫米的直径范围。图2显示了石英砂的粒度分布曲线。钢纤维体积含量为1.3%。的RPC抗压强度如表所示1。的纵向钢筋标本HRB400热轧带肋钢筋(直径14毫米)。马镫是HPB300钢筋(直径6毫米)。表4显示的是测量钢筋的力学性能。

2.3。试验装置和加载过程

图3显示了测试设置和仪表。所有标本的轴向载荷应用于列,保持恒定的整个测试。一个反对称集中力(或位移)应用到梁的自由端。应用柱端轴向力由液压千斤顶和2000 kN负载传感器是用来测量值。梁提示循环荷载应用MTS电液伺服驱动器。梁的力和位移的建议被MTS致动器记录。

剪切变形的关节是衡量两个位移传感器放置在主对角线方向,如图3 (b)。关节的剪切变形转换得到的位移传感器的位移测量。旋转塑性铰区域是由横断面平均曲率表示。仪器用于测量梁的曲率图所示3 (b)。纵向钢筋和箍筋的菌株共同核心是由电阻应变仪监测。

消除不均匀的轴向载荷,轴向力应用最初的30%,然后,是卸载0,最后,负载应用到设计值和保持常数测试。轴向加载历史图所示4(一)。梁的循环加载过程提示所有标本由两个阶段组成。它始于load-controlled阶段之后,位移控制。在控制力阶段,一堆5 kN应用微分加载一步一步,和每一个负载周期发生一次。当试样达到开裂或者在钢筋屈服,这个过程是转向位移控制,这个时候,位移和Δ表示_y。位移由Δ递增_y,每个水平位移周期发生三次。测试停止当负载降低高峰负荷的85%。梁的荷载历史提示如图4 (b),左和右的光束同时加载反过来。

3所示。测试结果和讨论

3.1。RPC梁柱节点的故障特征

故障模型的所有四个标本是剪切破坏,和所有的标本有类似的失败过程,可以分为三个阶段:初始裂纹、穿透裂纹,和失败。在初裂阶段,当负载达到约55%的高峰负荷,观察第一斜裂纹在对角线方向的联合区域。此时,箍筋应变很小(约600×10⁻⁶∼800×10⁻⁶)。在反向加载阶段,观察第一斜裂纹在另一个对角线方向。目前,接头的剪切是主要由RPC提供。标本,裂纹荷载的共同核心区域非常接近;裂纹的试样j - 0 - 0.3和- 0.5 0 - 25 kN,而其他两个标本30 kN的裂纹加载。四个标本的剪切变形裂缝负载小于0.001 rad。

增加负载的数量和周期,初始裂纹沿对角线方向继续扩展,和标本逐步进入了穿透裂纹阶段。在第一个2Δ_y周期,原斜裂缝沿对角线方向延伸到角落里,形成主要的穿孔裂纹。附近的对角线,有三个或四个平行的对角线方向的小斜裂缝。这时,联合区域的最大裂缝宽度大约是0.3毫米,和共同核心仍然有很好的剪切强度;联合的平均剪切变形是2.64×10⁻³rad。当2Δ_y周期持续了第二个和第三个周期,扩大的主要裂缝加速,更多的斜裂缝宽度小主裂纹出现。当第一个3Δ_y循环结束后,主对角线裂缝的宽度在联合核心面积显著增加,最大宽度是1.5毫米。

破坏阶段,主要斜裂缝的宽度共同继续增加,共同核心的箍筋应变迅速增加,最终达到产量、平均剪切变形的联合成倍增加。部分钢纤维拔出的矩阵,和部分主要裂纹附近的RPC开始削皮。在加载结束,大可能出现裂缝,但标本仍然作为一个积分。标本的失败模式如图5。RPC具有很高的抗拉强度和拉伸应变,可以延迟共同核心开裂以及延迟箍筋的抗拉屈服联合核心。此外,RPC的高拉伸强度可以减少裂缝发展的速度;因此,抗压强度可以充分发挥和提高接头的承载能力。

3.2。载荷变形磁滞曲线

此(P-Δ)曲线梁的技巧是一个全面反映循环荷载下的关节标本,可以反映关节的抗震性能指标如承载力、延性、耗能,降低强度,刚度退化,等等。图6显示四个试样的荷载位移滞回圈,在L代表左边梁和R代表正确的梁。增强RPC梁柱接头的磁滞曲线具有以下特点:(1)在早期阶段,磁滞回路狭窄,和磁滞回路包围面积小。滞回曲线的斜率下降并不明显。(2)在位移控制的阶段,1Δ_y关节置换阶段,强度几乎没有减少。当加载位移增加到2Δ_y,梁的荷载继续增加,和标本j - 0 - 0.3 j - 1 - 0.3,和j - 1 - 0.5达到最大承载能力,分别在第一个周期2Δ_y。在第二个和第三个周期2Δ_y,强度略有下降,下降不超过5%。在第一个周期3Δ_y,试样j - 0 - 0.5的强度达到最大,而其他标本的强度接近2Δ的力量_y第一个周期。随着周期的增加,样本的能力开始下降。在这种情况下,荷载位移滞回曲线成为“S”形,和磁滞回线包围的面积也迅速增加;它表明,能量耗散的标本增加。

3.3。剪切Force-Deformation角滞后循环

联合剪切变形角联合可以计算

在哪里代表联合剪切变形角的平均值;和代表之间的水平和垂直距离对角线的终点;和和对角线的长度的变化(图7)。

据中国代码,抗剪强度(V_j)增强RPC关节可以通过方程计算(23] 在哪里代表梁的总弯矩的共同核心, ; 是列的总深度;梁的有效深度, ; 是梁的深度;和和合力的距离中心的抗拉和抗压力对应的边缘。

图8显示了剪切force-deformation角(V_j- - - - - -γ)滞回曲线的四个标本。它可以看到从图8加载曲线的斜率利率与卸载曲线在负载控制阶段基本上是一致的;这表明开裂之前弹性状态的联合是联合的核心。在1Δ_y位移阶段,接头的剪切变形值非常小。在2Δ_y位移阶段,四个关节标本都达到最大抗剪承载能力在第一个2Δ_y周期;然后减少强度和刚度退化开始出现在第二和第三周期2Δ_y位移。在第一个3Δ_y周期,剪切变形角显著增加,但剪切载荷的标本接近第一次2Δ价值_y周期。这表明RPC梁柱接头具有良好的变形能力和韧性。在第二个和第三个周期3Δ_y位移,继续增加,剪切变形角的标本和实力下降直到失败。

3.4。强度折减

关节标本的强度下降在同一水平位移与越来越多的周期。强度折减系数(λ_j)在中国代码(24是用来说明退化。λ_j可以通过计算 在哪里是第一个周期的峰值力位移级别的j(j=∆/∆_y),是第二或第三周期的峰值力(我= 2或3)在同一水平位移j(j=∆/∆_y)。

的λ_j与∆/∆_y曲线钢筋RPC梁柱节点如图9。可以看出,系数λ_j标本的降低的水平位移增加;λ_j减少在同一水平位移随着周期的增加。λ_j增加随着轴压比的增加。

3.5。刚度退化

刚度系数K_j被定义为直线的斜率加入上下高峰负荷的一个循环荷载位移滞后循环。图10显示了毛圈刚度系数(K_j)与位移(∆/∆_yRPC混凝土梁柱节点)的关系。对于每个水平位移,刚度系数计算使用第一个周期的峰值负载值。

根据图10、刚度退化中可以找到所有标本,标本的刚度系数变化从1Δ略_y2Δ_y,但刚度系数显著降低,当梁的位移超过2Δ_y。这可以导致裂缝的快速发展和不足是开始发生在3Δ_y。

3.6。延性的关节

延性是结构抗震设计的一个重要指标,特点是延性系数。根据不同的变形类型,延性系数可分为三种类型:曲率延性系数、位移延性系数,和旋转延性系数。在这篇文章中,位移延性系数μ用于测量标本的延性。它被定义为μ=Δ_u/Δ_ye,Δ_u是最终的位移试样破坏时,梁的顶端对应位移当负载达到最大负荷的85%。Δ相应的负载_u是最终的负荷P_u。屈服位移Δ_ye公园可以计算的方法(25Δ],和相应的负载_ye是屈服载荷P_ye。

表5展示了主要特征点的测试结果和每个标本的位移延性的因素。第一个裂纹荷载增加而增加箍筋的接头和柱的轴向载荷,这可能是由于增加的限制效应从马镫和压缩列。四个标本的延性的因素很小,从1.63到2.29。这是因为所有四个标本的失效模式是剪切破坏的共同核心。试样j - 1 - 0.3和试样j - 1 - 0.5,只配置箍筋的共同核心,不体现延性高于标本没有马镫的共同核心。这种现象可以导致更少的箍筋配置的标本。前的箍筋屈服标本达到最大承载能力,因此更少的箍筋接头区域没有影响标本的延性。此外,这也表明,RPC具有良好的剪切延性,它显示了一个很好的延性特征剪切载荷下,和功能更少依赖箍筋的约束。可以减少马镫的消费使用RPC代替普通混凝土联合区,和建筑是很容易的。

3.7。能量耗散

能量耗散是抗震性能的一个重要指标。封闭的区域形成的荷载位移滞回线可以用来描述能量耗散的大小。

图11显示不同的RPC梁柱节点的滞回耗能曲线在不同加载下的成绩。从图可以看出,标本在小变形阶段有更少的能量耗散。当满载排水量1Δ_y漂流(约2.1%),能量耗散能力的四个标本是516.2 kN·毫米,554.6 kN·毫米,551.6 kN·毫米和528.9 kN·毫米。当满载排水量2Δ_y漂流(约4.3%),能量耗散能力的四个标本是2374.5 kN·毫米,2837.1 kN·毫米,2640.1 kN·毫米和2790.5 kN·毫米。当满载排水量3Δ_y漂流(约6.4%),能量耗散能力的四个标本是5058.2 kN·毫米,5956.6 kN·毫米,5071.6 kN·毫米和5413.5 kN·毫米。

能量耗散的关节轴压的增加而增加。在相同的轴向压缩比,马镫的共同核心可以改善能源消费。RPC抗剪强度的增加可以提高能量耗散能力在某种程度上。箍筋屈服后,四个标本所消耗的能量。原因可能是轴向压缩和箍筋的存在可以抑制斜裂纹的共同核心发展。此外,轴向压缩还改善了摩擦阻力之间的纵向增援和RPC的共同核心。

4所示。RPC梁柱接头的剪切强度

根据测试结果,钢筋的抗剪强度RPC关节可以计算(2)。表6显示四个标本的剪切强度,为了研究轴向压缩比的影响抗剪强度和箍筋比关节核心。考虑到不同的RPC强度不同的标本,shear-compression比()定义分析剪切强度的单位面积的RPC。RPC抗剪承载能力的联合,可以计算(2);是RPC抗压强度;是联合的宽度;和是共同的高度。

轴向压缩比的影响和箍筋比shear-compression比图所示12。shear-compression比例试样j - 1 - 0.3增加了7.9%比j - 0 - 0.3,和shear-compression标本j - 1 - 0.5的比例下降了2.3%,而j - 0 - 0.5。这可以解释为收益率的箍筋共同核心被发现在峰值负载。对标本j - 1 - 0.3和j - 1 - 0.5,只有双腿循环关节直径6毫米,所以限制对RPC的影响较弱,抗剪强度的增强效果是不明显的。相同的轴向压缩比下,关节箍筋约束混凝土的共同发挥作用的核心,可以改善混凝土的抗压和抗剪强度;此外,箍筋的共同核心可以直接承担剪力联合的一部分;因此,它可以有效改善接头的剪切强度通过配置箍筋的数量(5]。有必要使用一定量箍筋在RPC联合核心虽然RPC接头具有较高的强度和延性。相同的强化条件下,shear-compression标本j - 0 - 0.5的比例增加了18.1%,与j - 0 - 0.3相比,和shear-compression j - 1 - 0.5的比例增加了6.9%比j - 1 - 0.3。混凝土的开裂阻力可以通过增加轴向压缩比提高。混凝土中的微裂隙可以再次接通下轴向压缩力,并有利于提高混凝土的抗剪强度通过适当地增加轴向压缩力在一定范围内。类似的行为被其他研究者报道(8,26,27)的联合抗剪强度适度增加随着轴向载荷水平的增加在一定范围内。另一方面,轴向压缩力的增加可以降低梁柱接头的延性。李和梁27)报道,增加列之外的轴向压缩载荷不提高剪切强度,应用柱轴向压缩比0.3以上原因减少剪切强度和刚度的退化。金姆和Lafave [28)报道,柱轴向压缩率几乎没有影响联合剪切行为。

基于预应力钢筋的力学性能的测试结果和RPC,关节标本的抗剪强度计算根据中国建筑抗震设计规范》(gb50011 - 2010) [23)和ACI 318 - 14(根据ACI R352-02委员会报告)(29日),分别。抗剪强度较低的计算结果比试验结果。计算值使用gb50011 - 2010低于使用ACI 318 - 14,和测试值计算出的值约为1.51倍gb50011 - 2010和计算出的值约为1.30倍ACI 318 - 14所示。比较不满意;这可能是由于以下原因。RPC具有较高的抗压强度;然而,RPC的方法比小于普通混凝土。的抗拉强度f_t混凝土的抗剪强度值作为代表在中国的代码,和抗压强度的平方根混凝土用作抗剪强度代表值的ACI 318 - 14所示。因此,计算出的值小于中国代码计算出的值ACI 318 - 14所示。试验结果表明,剪切力在RPC联合主要由斜支撑机制,这是符合设计的表达ACI 318 - 14;剪切强度测试结果发现22%∼38%以上计算出的值ACI 318 - 14所示。因此,设计表达式可用于计算RPC接头的剪切强度。

5。结论

(1)增强RPC梁柱接头shear-cracking更高强度和剪切承载力和减少强度和刚度退化缓慢。使用RPC马镫的梁柱节点可以减少拥堵关节核心。(2)范围内的轴向压缩比在该测试中,梁柱节点的能量耗散能力与轴压比的增加而增加。(3)RPC接头的剪切力主要由斜支撑机制。马镫的核心可以提高接头强度斜支柱和能量耗散的关节。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本文中描述的工作是完全支持由中国国家自然科学基金(项目号51378095)。作者要感谢工作人员在东北电力大学的结构工程实验室的援助在测试期间。