FRP条带加固后的弯曲和弯剪破坏型RC柱抗震位移性能研究

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大量震害调查表明并不是所有的钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)柱都发生了变形能力较好的弯曲破坏,部分柱发生了变形能力差的剪切破坏和具有一定变形能力的弯剪破坏,其中弯剪破坏是许多学者认为可接受的破坏模式,因此有必要研究该破坏模式的破坏机理和变形能力。首先设计了5根不同配箍率的RC悬臂柱进行低周往复加载试验,在纵筋配筋率不变的情况下,通过控制箍筋用量使本组构件呈现出1个剪切破坏柱、3个弯剪破坏柱和1个弯曲破坏柱,分析了不同破坏模式柱破坏形态、延性和耗能能力的变化。为了进一步探究不同破坏模式RC柱在加固前后位移性能的变化,选取典型剪切破坏、弯剪破坏和弯曲破坏柱,设计了5根玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)条带加固柱。对3种不同破坏模式柱分别用两层条带加固后,发现当加固量相同时条带加固对剪切破坏柱延性和耗能指标的提升效果最好;对剪切破坏柱用1~3层条带加固后,破坏模式均为弯剪破坏,且2层和3层条带加固对剪切破坏柱延性和耗能指标的提升幅度差异不大。利用ABAQUS有限元软件分析了轴向荷载对弯剪破坏柱加固前后位移性能的影响,发现随着轴压比的增大,柱在加固前后变形能力均明显降低,但峰值承载力略有提高,条带加固对柱破坏模式的改善能力也逐渐减弱。当轴压比在0~0.5之间时条带加固对柱延性和耗能能力的提升效果较明显,当轴压比超过0.5后条带加固对柱延性和耗能能力的提升效果较差。综合分析试验柱与模拟柱在加固前后破坏模式和延性系数之间的关系,发现加固前弯剪破坏柱延性系数在2~4之间,弯曲破坏柱延性系数大于4;加固后弯剪破坏柱延性系数在2~7之间,弯曲破坏柱延性系数大于7。结合柱破坏形态和试验数据,分别利用“纵筋屈服区法”、“混凝土压碎区法”和“截面曲率法”计算了柱塑性铰长度,发现加固前弯剪破坏柱塑性铰长度在0.7h~1.5h之间,且随着配箍率增大塑性铰长度逐渐增长;弯曲破坏柱塑性铰长度约为1.6h。加固后,弯剪破坏柱塑性铰长度在0.6h~1.7h之间。柱在加固前后塑性铰长度均随着轴压比的增大而减小。为了探究加固柱延性与条带用量之间的关系,考虑了柱截面形状和条带间距对纤维布强度的影响,给出了BFRP条带有效约束系数的计算方法,并推出了以箍筋和条带加固量为主要参数的柱位移延性系数计算公式。
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