混凝土論文彎曲型破壞的鋼筋混凝土柱低周疲勞性能研究-論文網(wǎng)

1、混凝土論文|彎曲型破壞的鋼筋混凝土柱低周疲勞性能研究-論文網(wǎng)摘 要：地震作用下鋼筋混凝土框架柱的破壞可以看作是屈服后大小不等的正反向位移幅值引起的累積損傷綜合作用的后果。在已完成12根1/2比例鋼筋混凝土框架柱低周疲勞試驗研究的基礎(chǔ)上，重點分析了不同位移幅值下彎曲型破壞混凝土柱的累積損傷發(fā)展規(guī)律。最后根據(jù)Coffin-Manson疲勞壽命關(guān)系，并結(jié)合國內(nèi)外16個彎曲型破壞的鋼筋混凝土柱的低周疲勞試驗結(jié)果，建立了鋼筋混凝土柱低周疲勞壽命與位移角二者間的關(guān)系，為進一步提出抗震結(jié)構(gòu)合理的破壞準(zhǔn)則提供依據(jù)。* a* : M* o, D+ W1 m Y- C寫手聯(lián)盟 專業(yè)代寫代發(fā)表職稱論文、專業(yè)論文，推

2、薦刊物均為同時具有CN和ISSN雙刊號正規(guī)期刊，以優(yōu)惠的價格，優(yōu)良的服務(wù)，為您打造最優(yōu)質(zhì)的原創(chuàng)論文代寫和職稱論文發(fā)表服務(wù)! 可提供論文加急發(fā)表。：柱；低周疲勞；累積損傷；疲勞壽命3 P: ge s3 P0 Y( x% e, 6 f5 , E* X& D引言# m6 J- M& H& B( m6 b. a震后災(zāi)害調(diào)查表明：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌的主要原因在于框架柱或節(jié)點區(qū)發(fā)生破壞。若將節(jié)點區(qū)看作為框架柱的一部分，則框架結(jié)構(gòu)抗倒塌能力研究應(yīng)著重研究框架柱在地震作用下的受力性能,尤其是地震動造成的累積損傷效應(yīng)不容忽視。) U, u3 z( fI& K. P+ E# u) T本文在以往12根1/2

3、比例鋼筋混凝土框架柱低周疲勞試驗研究的基礎(chǔ)上，重點分析了不同位移幅值下彎曲型破壞框架柱的累積損傷發(fā)展規(guī)律，結(jié)合國內(nèi)外已完成的16個鋼筋混凝土柱的低周疲勞試驗結(jié)果，建立了混凝土柱低周疲勞壽命與側(cè)向位移角二者間的關(guān)系。+ f- |# I4 f$ c$ s |1 試驗概況3 c. t6 x B2 ! - ) u試件模擬一鋼筋混凝土框架的薄弱層柱，幾何相似比約為1/2，其長度相當(dāng)于反彎點到基礎(chǔ)頂面柱段長的兩倍。試件兩端鉸支，水平力施加于柱子中央，并將柱中央假定為嵌固端。本次試驗制作了12個鋼筋混凝土框架柱進行試驗研究，所有柱的尺寸、配筋均相同，截面為200×250mm，上下端兩鉸相距255

4、0mm?？v向鋼筋采用對稱配筋并通長經(jīng)過擴大端，單側(cè)縱筋配筋率為1.25%，配箍率為0.5%，擴大段兩側(cè)以外300mm范圍內(nèi)箍筋加密。所有試件的參數(shù)見表1。試件的尺寸及配筋，試驗加載裝置，疲勞試驗其它信息詳細可見文獻。( d- c1 v$ s( U$ J( C2 試驗結(jié)果分析, l# f2 4 R6 r5 y& Y& n雖然在試驗過程中試件出現(xiàn)了不同程度的剪切斜裂縫，均發(fā)展不大，所有試件的最終破壞均按設(shè)計要求出現(xiàn)彎曲破壞，但低周疲勞試件的破壞過程和特征與普通低周反復(fù)荷載下試件的破壞特征有所不同，主要試驗結(jié)果。4 & j. M1 + a) q & P& U$ K+ n2.1 等幅位移循環(huán)下柱的破壞

5、試驗框架柱在等幅對稱位移循環(huán)作用下的疲勞破壞特征隨位移幅值的大小而不盡相同。! P% l8 X O8 2.1.1 中等位移幅值試件中等位移幅值(指作用位移延性系數(shù)處于1.5和3.0之間)的混凝土柱試件，破壞過程可劃分為三個階段。# X3 s6 M! n, W& 0 B v第一階段-損傷迅速發(fā)展階段。這一階段的主要特點是新裂縫不斷出現(xiàn)，裂縫之間縱筋的粘結(jié)在交替反向受力后逐步退化，粘結(jié)劈裂裂縫從彎矩最大截面的主裂縫處沿縱筋向構(gòu)件兩端延伸。這一階段以潛在塑性鉸區(qū)兩側(cè)保護層混凝土大部分剝落或退出工作為結(jié)束。$ * a- N P V6 m. O# ! u第二階段-相持階段。保護層混凝土退出工作后，截面內(nèi)

6、力由兩側(cè)鋼筋和核心區(qū)混凝土承擔(dān)。反復(fù)荷載作用下受拉時由鋼筋承擔(dān)拉力，受壓時由鋼筋和混凝土共同承擔(dān)壓力和大部分剪力。受拉時裂縫逐漸由外向里擴散，受壓時混凝土在剪壓復(fù)合作用下被進一步分割。; q0 , Y) A6 b/ B. r w分割后的混凝土小塊體在循環(huán)受壓后又相互磨擠、錯動，造成混凝土酥裂。損壞從破壞截面逐漸向塊體內(nèi)滲透，緩慢積累，持續(xù)過程較長。表現(xiàn)在滯回曲線中為強度退化較小。此階段后期，在破壞段出現(xiàn)沿縱筋的劈裂裂縫，該裂縫一般從混凝土已剝落的區(qū)段向構(gòu)件兩端逐步發(fā)展，這表明在多次反復(fù)作用下鋼筋和混凝土的粘結(jié)性能進一步退化。# M$ p/ Y7 E8 F. F$ d1 E第三階段-破壞階段。核

7、心區(qū)混凝土割裂、破碎、酥松的區(qū)域滲透到一定范圍后，破壞區(qū)段的混凝土開始大量掉落。當(dāng)核心區(qū)消弱嚴(yán)重，依靠鋼筋和未完全破壞的混凝土無法平衡豎向荷載時，混凝土側(cè)向膨脹加劇，試件發(fā)生突發(fā)性的壓潰。$ S: I C2 T4 G! * Z滯回曲線大位移幅值試件大位移幅值試件主要是指作用位移延性系數(shù)大于3的鋼筋混凝土柱，該類試件的破壞亦可分為前述三個階段。與中等幅值試件不同之處在于第二階段相持短，循環(huán)次數(shù)少，且與第一階段不易區(qū)分，不過仍有一個強度下降減緩的過程。試件的破壞以整個破壞區(qū)段的突然壓潰為特征。N% i+ m- h3 s! h4 p3 2.1.2 小位移幅值試件小位移幅值試件主要是指作用位移延性系數(shù)

8、小于1.5的混凝土柱，該類試件亦有一個損傷發(fā)展與穩(wěn)定的過程。CF-14在1倍屈服位移水平上循環(huán)7000周時，無論試件外觀還是滯回環(huán)形狀均與第50周幾無差別，從第50周到7000周所產(chǎn)生的強度退化總量僅相當(dāng)于前5周的強度退化量，且其退化的總體趨勢是收斂的。& u+ u0 d V- B. 3 0 f9 V循環(huán)作用下拉壓鋼筋基本上處于彈性工作狀態(tài)，縱筋和箍筋對混凝土的約束始終有效。試件的損傷主要在保護層外發(fā)展，裂縫較難滲入到核心區(qū)?？紤]到試件設(shè)備和試驗時間等因素，加載后期作用位移幅值增大為2倍屈服位移水平后試件CF-14循環(huán)104周后方發(fā)生最終破壞。因此從結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計角度而言，可認為μ=+1是

9、壓彎構(gòu)件的疲勞極限。C% D! r5 Z- b: _0 I2.2 變幅位移循環(huán)+ m1 N1 _( ?6 下柱的破壞從可以看出，試件CF-5與CF-15，CF-12與CF-13的加載順序恰好相反，主要目的是研究荷載作用路徑對試件損傷的影響。- % U# j3 p- D% a! z試件CF-5先在1倍屈服位移下循環(huán)了1000周，然后加大位移幅值，在較大位移幅值(2Δy)下循環(huán)136周后試件破壞。相反，CF-15在較大位移幅值(2Δy)下循環(huán)136周后，減小位移幅值以1Δy循環(huán)3200周試件尚未破壞。從試件的外觀看損傷幾乎不再發(fā)展，滯回曲線亦無明顯變化。不得已重

10、新增大至2Δy后試件始破壞。試件CF-12與CF-13亦有類似的規(guī)律。需要指出的是CF-15在1Δy下循環(huán)次數(shù)7200周是筆者根據(jù)Miner線性損傷理論換算后得到的。5 : V& c0 i: |! ef2 Gm) S* x與相同位移幅值下的對稱循環(huán)試件比較后可以發(fā)現(xiàn)，在1Δy這樣的小位移幅值下的單周循環(huán)對試件造成的損失非常小，在與較大幅值的位移循環(huán)組合時，其順序?qū)υ嚰淖罱K破壞影響較小，破壞由大位移循環(huán)控制。而在較小的位移幅值也大于1.5Δy后，位移幅值大小的順序?qū)@著影響結(jié)構(gòu)的最終破壞3柱的低周疲勞壽命在疲勞理論中，一般是在控制應(yīng)力或應(yīng)變的試驗

11、條件下，找到在某一應(yīng)力或者應(yīng)變下到達破壞時的循環(huán)數(shù)或壽命，即獲得S-N關(guān)系曲線(S表示應(yīng)力或應(yīng)變)。但是對于通常由多種材料混合構(gòu)成的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件來說，這種方法比較難以實現(xiàn)，主要是因為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件發(fā)生疲勞損傷后應(yīng)變的變化過程相當(dāng)復(fù)雜，比如混凝土在損傷開裂后各部分的變形分布是無法測得的；此外試驗中也沒有比較好的測量儀器可以精確測得結(jié)構(gòu)或構(gòu)件損傷部位的應(yīng)變變化過程，因此，只能根據(jù)一些模型的假設(shè)印證試驗的數(shù)據(jù)。! g$ C& 5 NN所以在研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的疲勞破壞時，主要用結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的整體變形與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系來描述結(jié)構(gòu)或構(gòu)件疲勞壽命。# L+ P V# E/ 0 N1 g2 Manson-Coffin關(guān)系

12、是工程中研究材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)件在往復(fù)荷載下的疲勞壽命的公式之一，該方法主要是基于材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的變形和循環(huán)次數(shù)建立相應(yīng)的關(guān)系式，從而確立材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)在某一等幅高周循環(huán)或低周循環(huán)下的疲勞壽命。Manson-Coffin關(guān)系式一般可表示如下：p為塑性變形幅值；分別為在疲勞試驗中獲得的材料常數(shù)；試驗對象破壞時所對應(yīng)的完整循環(huán)次數(shù)，即疲勞壽命。0 p F; i9 C& 在確定材料、構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的材料常數(shù)時，通常要求至少進行三個不同變形幅值的等幅對稱低周疲勞試驗。Krawinkler等、El-Bahy等采用該模型分別對鋼梁、鋼筋混凝土柱在低周往復(fù)荷載下的疲勞損傷進行評估，發(fā)現(xiàn)試驗結(jié)果與理論值符合較好，可

13、見這個最初建立于金屬材料試驗的損傷模型可在其它抗震結(jié)構(gòu)中推廣應(yīng)用。因此，在進行結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的疲勞壽命分析時，表示為以下形式：6 L* A J5 E, , E) Q常數(shù)α和β應(yīng)通過疲勞試驗擬合回歸后得到。本文收集了國內(nèi)外16個彎曲型破壞的鋼筋混凝土柱的低周疲勞試驗結(jié)果。其中變幅位移循環(huán)下柱的疲勞壽命是通過建議的公式(將變幅后的循環(huán)次數(shù)換算為變幅前的循環(huán)次數(shù)后獲得的。理論曲線與試驗數(shù)據(jù)的對比情況，考慮到鋼筋混凝土材料的離散性，擬合程度是較為滿意的。 h+ g1 e# S7 z& 3 結(jié)語2 ; j W/ o# C: R; m/ A(1)試驗研究表明，鋼筋混凝土柱的低周疲勞破壞過程一般可分為損傷迅速發(fā)展、相持及破壞三個階段., d% 4 HQ+ A 2 Q$ _) w(2)從結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計角度而言，可認為=+1.0是不發(fā)生低周疲勞破壞的安全界限.0 l* s/ z5 T5 Z7 j(3)彎曲型破壞鋼筋混凝土柱的低周疲勞壽命與側(cè)移率二者間的關(guān)系可由式確定。; M! z1 R1 W0 f5 o9 B更多智能建筑論文就在中國專業(yè)論文代寫網(wǎng)！2 |8 N9 L0 i, v參考文獻$ G3 m!