外包式ECC/RC组合柱抗震性能及设计方法研究
发布时间：2022-09-27 12:28
工程用水泥基复合材料（ECC, Engineered Cementitious Composites）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。在钢筋混凝土结构中,采用ECC材料能有效提高结构的抗震性能。但由于制作ECC的日本进口PVA纤维较为昂贵,一般只选择性地应用在结构的某些关键部位。为使ECC能够在实际工程中大规模应用,可将国产PVA纤维和日产PVA纤维以一定的比例混合,配制高性价比的混杂PVA-ECC。基于ECC的材料设计理论,对掺有硅粉的混杂PVA-ECC进行了优化设计并将其作为永久性模板制成ECC/RC组合柱。本文对ECC/RC组合柱的抗震性能进行了试验和数值分析,并总结了基于性能的设计方法,为提升结构抗震性能提供了一个新的选择方案。（1）对ECC的国产化进行了研究,基于微观力学模型,兼顾抗压强度和受拉能力,对掺有硅粉的混杂PVA-ECC中的纤维体积含量进行了优化设计。通过四点弯曲试验和轴心抗压试验,研究了混杂PVA-ECC在不同龄期下的弯曲性能和抗压性能。试验结果表明,混杂PVA-ECC试件均表现出明显的应变硬化和多缝开裂的特征,且其抗压强度后期增长...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 ECC国内外研究现状
1.2.1 ECC国外相关研究
1.2.2 ECC国内相关研究
1.3 ECC的工程应用
1.3.1 ECC应用于桥梁结构
1.3.2 ECC应用于抗震结构
1.3.3 ECC应用于结构修复
1.3.4 ECC应用于交通工程
1.4 研究意义、技术路线和主要研究内容
1.4.1 研究意义
1.4.2 技术路线
1.4.3 主要研究内容
参考文献
第二章 混杂PVA-ECC力学性能研究
2.1 引言
2.2 混杂PVA-ECC设计理论分析
2.2.1 ECC材料准应变硬化模型
2.2.2 ECC材料微观力学模型参数
2.3 混杂PVA-ECC纤维体积含量的优化设计
2.4 混杂PVA-ECC配合比设计
2.5 混杂PVA-ECC弯曲性能研究
2.5.1 试验准备
2.5.2 试验现象
2.5.3 试验结果及分析
2.5.4 混杂PVA-ECC的极限拉伸应变
2.6 混杂PVA-ECC单轴受压性能研究
2.6.1 试验准备
2.6.2 试验现象
2.6.3 试验结果及分析
2.6.4 混杂PVA-ECC单轴受压本构模型
2.7 本章小结
参考文献
第三章 外包式ECC/RC组合柱抗震性能试验
3.1 引言
3.2 试验前期研究
3.2.1 ECC永久性模板初步研究
3.2.2 U型ECC/RC组合梁弯曲试验研究
3.3 试验设计
3.3.1 试件设计
3.3.2 试件材料性能
3.3.3 试件制作
3.3.4 试验加载装置
3.3.5 加载制度
3.3.6 测量内容与测量方法
3.4 试验现象
3.4.1 裂缝发展与破坏模式
3.4.2 滞回曲线
3.5 试验结果分析
3.5.1 裂缝形态与破坏模式
3.5.2 滞回曲线
3.5.3 骨架曲线
3.5.4 延性分析
3.5.5 刚度退化
3.5.6 耗能分析
3.5.7 应变分析
3.6 本章小结
参考文献
第四章 外包式ECC/RC组合柱受力性能数值分析
4.1 引言
4.2 OpenSEES概述
4.3 OpenSEES中考虑剪切效应的单元介绍
4.4 本构模型及参数取值方法
4.4.1 混凝土本构模型
4.4.2 ECC本构模型
4.4.3 钢筋本构模型
4.5 建立组合柱模型
4.6 数值模拟结果与分析
4.6.1 混凝土柱骨架曲线对比
4.6.2 组合柱骨架曲线对比
4.7 外包式ECC组合柱受力性能影响因素分析
4.7.1 轴压比对组合柱受力性能的影响
4.7.2 配箍率对组合柱受力性能的影响
4.7.3 ECC外包层厚度对组合柱受力性能的影响
4.8 本章小结
参考文献
第五章 ECC组合柱框架结构基于性能的抗震设计方法
5.1 引言
5.2 能力谱法的基本原理
5.2.1 能力谱转化
5.2.2 反应谱转化
5.2.3 目标位移的确定
5.2.4 基于性能的能力谱法设计步骤
5.3 框架结构的非线性力学模型
5.3.1 框架结构整体分析模型
5.3.2 结构构件的单元模型
5.3.3 纤维模型
5.3.4 材料本构模型
5.4 ECC组合柱框架结构算例分析
5.4.1 框架结构模型设计
5.4.2 有限元建模分析过程
5.4.3 框架底部剪力-顶点位移曲线和目标位移确定
5.4.4 框架结构性能评估
5.5 本章小节
参考文献
第六章 总结与展望
6.1 主要工作总结
6.2 研究展望
作者攻读硕士学位期间论文发表情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]PVA纤维对超高韧性纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响[J]. 王海超,张玲玲,高淑玲,顾士文,陈庆. 混凝土. 2013(04)
[2]等幅疲劳荷载作用下超高韧性水泥基复合材料弯曲疲劳寿命试验研究[J]. 刘问,徐世烺,李庆华. 建筑结构学报. 2012(01)
[3]高韧性低收缩纤维增强水泥基复合材料特性及应用[J]. 张君,公成旭,居贤春. 水利学报. 2011(12)
[4]超高韧性水泥基复合材料单轴受压应力-应变全曲线试验测定与分析[J]. 徐世烺,蔡向荣,张英华. 土木工程学报. 2009(11)
[5]采用超高韧性水泥基复合材料提高钢筋混凝土梁弯曲抗裂性能研究（II）:试验研究[J]. 张秀芳,徐世烺,侯利军. 土木工程学报. 2009(10)
[6]超高韧性水泥基复合材料抗冻耐久性能试验研究[J]. 徐世烺,蔡新华,李贺东. 土木工程学报. 2009(09)
[7]PVA-ECC在工程维修中的应用[J]. 郭平功,田砾,李晓东,赵铁军. 国外建材科技. 2006(04)
[8]钢筋混凝土框架柱的变形能力及基于性能的抗震设计方法[J]. 吕西林,周定松,蒋欢军. 地震工程与工程振动. 2005(06)
[9]基于位移延性的剪力墙抗震设计[J]. 钱稼茹,吕文,方鄂华. 建筑结构学报. 1999(03)
[10]纤维增强──水泥基材料的未来[J]. 吴中伟. 混凝土与水泥制品. 1999(01)
博士论文
[1]超高韧性水泥基复合材料弯曲性能及剪切性能试验研究[D]. 侯利军.大连理工大学 2012
[2]超高韧性水泥基复合材料基本力学性能和应变硬化过程理论分析[D]. 蔡向荣.大连理工大学 2010
[3]钢筋混凝土框架剪力墙结构基于能量抗震设计方法研究[D]. 缪志伟.清华大学 2009
[4]超高韧性水泥基复合材料试验研究[D]. 李贺东.大连理工大学 2009
[5]PVA纤维增强水泥基复合材料假应变硬化及断裂特性研究[D]. 高淑玲.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]基于OpenSees的型钢再生混凝土短柱抗震性能研究[D]. 王成.西安建筑科技大学 2013
[2]绿色高韧性纤维增强水泥基复合材料的研究[D]. 罗百福.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3681060
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 ECC国内外研究现状
1.2.1 ECC国外相关研究
1.2.2 ECC国内相关研究
1.3 ECC的工程应用
1.3.1 ECC应用于桥梁结构
1.3.2 ECC应用于抗震结构
1.3.3 ECC应用于结构修复
1.3.4 ECC应用于交通工程
1.4 研究意义、技术路线和主要研究内容
1.4.1 研究意义
1.4.2 技术路线
1.4.3 主要研究内容
参考文献
第二章 混杂PVA-ECC力学性能研究
2.1 引言
2.2 混杂PVA-ECC设计理论分析
2.2.1 ECC材料准应变硬化模型
2.2.2 ECC材料微观力学模型参数
2.3 混杂PVA-ECC纤维体积含量的优化设计
2.4 混杂PVA-ECC配合比设计
2.5 混杂PVA-ECC弯曲性能研究
2.5.1 试验准备
2.5.2 试验现象
2.5.3 试验结果及分析
2.5.4 混杂PVA-ECC的极限拉伸应变
2.6 混杂PVA-ECC单轴受压性能研究
2.6.1 试验准备
2.6.2 试验现象
2.6.3 试验结果及分析
2.6.4 混杂PVA-ECC单轴受压本构模型
2.7 本章小结
参考文献
第三章 外包式ECC/RC组合柱抗震性能试验
3.1 引言
3.2 试验前期研究
3.2.1 ECC永久性模板初步研究
3.2.2 U型ECC/RC组合梁弯曲试验研究
3.3 试验设计
3.3.1 试件设计
3.3.2 试件材料性能
3.3.3 试件制作
3.3.4 试验加载装置
3.3.5 加载制度
3.3.6 测量内容与测量方法
3.4 试验现象
3.4.1 裂缝发展与破坏模式
3.4.2 滞回曲线
3.5 试验结果分析
3.5.1 裂缝形态与破坏模式
3.5.2 滞回曲线
3.5.3 骨架曲线
3.5.4 延性分析
3.5.5 刚度退化
3.5.6 耗能分析
3.5.7 应变分析
3.6 本章小结
参考文献
第四章 外包式ECC/RC组合柱受力性能数值分析
4.1 引言
4.2 OpenSEES概述
4.3 OpenSEES中考虑剪切效应的单元介绍
4.4 本构模型及参数取值方法
4.4.1 混凝土本构模型
4.4.2 ECC本构模型
4.4.3 钢筋本构模型
4.5 建立组合柱模型
4.6 数值模拟结果与分析
4.6.1 混凝土柱骨架曲线对比
4.6.2 组合柱骨架曲线对比
4.7 外包式ECC组合柱受力性能影响因素分析
4.7.1 轴压比对组合柱受力性能的影响
4.7.2 配箍率对组合柱受力性能的影响
4.7.3 ECC外包层厚度对组合柱受力性能的影响
4.8 本章小结
参考文献
第五章 ECC组合柱框架结构基于性能的抗震设计方法
5.1 引言
5.2 能力谱法的基本原理
5.2.1 能力谱转化
5.2.2 反应谱转化
5.2.3 目标位移的确定
5.2.4 基于性能的能力谱法设计步骤
5.3 框架结构的非线性力学模型
5.3.1 框架结构整体分析模型
5.3.2 结构构件的单元模型
5.3.3 纤维模型
5.3.4 材料本构模型
5.4 ECC组合柱框架结构算例分析
5.4.1 框架结构模型设计
5.4.2 有限元建模分析过程
5.4.3 框架底部剪力-顶点位移曲线和目标位移确定
5.4.4 框架结构性能评估
5.5 本章小节
参考文献
第六章 总结与展望
6.1 主要工作总结
6.2 研究展望
作者攻读硕士学位期间论文发表情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]PVA纤维对超高韧性纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响[J]. 王海超,张玲玲,高淑玲,顾士文,陈庆. 混凝土. 2013(04)
[2]等幅疲劳荷载作用下超高韧性水泥基复合材料弯曲疲劳寿命试验研究[J]. 刘问,徐世烺,李庆华. 建筑结构学报. 2012(01)
[3]高韧性低收缩纤维增强水泥基复合材料特性及应用[J]. 张君,公成旭,居贤春. 水利学报. 2011(12)
[4]超高韧性水泥基复合材料单轴受压应力-应变全曲线试验测定与分析[J]. 徐世烺,蔡向荣,张英华. 土木工程学报. 2009(11)
[5]采用超高韧性水泥基复合材料提高钢筋混凝土梁弯曲抗裂性能研究（II）:试验研究[J]. 张秀芳,徐世烺,侯利军. 土木工程学报. 2009(10)
[6]超高韧性水泥基复合材料抗冻耐久性能试验研究[J]. 徐世烺,蔡新华,李贺东. 土木工程学报. 2009(09)
[7]PVA-ECC在工程维修中的应用[J]. 郭平功,田砾,李晓东,赵铁军. 国外建材科技. 2006(04)
[8]钢筋混凝土框架柱的变形能力及基于性能的抗震设计方法[J]. 吕西林,周定松,蒋欢军. 地震工程与工程振动. 2005(06)
[9]基于位移延性的剪力墙抗震设计[J]. 钱稼茹,吕文,方鄂华. 建筑结构学报. 1999(03)
[10]纤维增强──水泥基材料的未来[J]. 吴中伟. 混凝土与水泥制品. 1999(01)
博士论文
[1]超高韧性水泥基复合材料弯曲性能及剪切性能试验研究[D]. 侯利军.大连理工大学 2012
[2]超高韧性水泥基复合材料基本力学性能和应变硬化过程理论分析[D]. 蔡向荣.大连理工大学 2010
[3]钢筋混凝土框架剪力墙结构基于能量抗震设计方法研究[D]. 缪志伟.清华大学 2009
[4]超高韧性水泥基复合材料试验研究[D]. 李贺东.大连理工大学 2009
[5]PVA纤维增强水泥基复合材料假应变硬化及断裂特性研究[D]. 高淑玲.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]基于OpenSees的型钢再生混凝土短柱抗震性能研究[D]. 王成.西安建筑科技大学 2013
[2]绿色高韧性纤维增强水泥基复合材料的研究[D]. 罗百福.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3681060
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