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《西安建筑科技大学》 2014年
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低周反复荷载作用下冻融损伤钢筋混凝土柱抗震性能研究

李安邦  
【摘要】:论文针对冻融循环作用对钢筋混凝土柱抗震性能影响,采用试验研究、理论分析及其相结合的研究手段,围绕冻融循环后混凝土材料力学性能退化及其本构模型构建、低周反复荷载下冻融损伤钢筋混凝土柱的强度、刚度、延性、耗能指标变化等方面开展了一系列工作。 论文通过对国内外冻融损伤混凝土材料力学性能试验资料的回归与分析,以冻融损伤混凝土“相对抗压强度”为基本参数,建立了冻融损伤混凝土初始弹性模量、峰值拉压应变、峰值拉压应力、二轴等压强度等力学性能指标与“相对抗压强度”之间的关系,提出了单轴受力情况下冻融损伤混凝土应力-应变本构模型。基于各向同性弹塑性损伤力学原理,给出了冻融损伤混凝土弹塑性损伤模型参数计算式。 论文开展了低周反复荷载作用下冻融损伤钢筋混凝土柱抗震性能试验研究,从强度、刚度、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、能量耗散等方面,分析了冻融循环次数和轴压比对冻融损伤钢筋混凝土柱抗震性能的影响。研究发现:随着冻融循环次数增加,冻融损伤钢筋混凝土柱滞回环数量逐渐减少,滞回曲线由饱满梭形逐渐向中间收缩、捏拢,当冻融次数达到300次时,其滞回曲线变成弓形。冻融循环次数少于100次时,钢筋混凝土柱强度、刚度退化不明显;当冻融循环次数达到300次时,钢筋混凝土柱强度、刚度明显退化,其位移延性系数和累积耗能迅速降低。随着轴压比增大,冻融损伤钢筋混凝土柱初始刚度和极限荷载同时增大,但高轴压比冻融损伤钢筋混凝土柱强度与刚度退化速度明显加快,其位移延性系数与累积耗能明显降低。 论文借助于大型通用有限元软件ABAQUS软件,利用本文提出的冻融损伤混凝土弹塑性损伤本构模型,对冻融损伤钢筋混凝土柱抗震性能进行了数值模拟与有限元分析,探究了低周反复荷载作用下冻融损伤钢筋混凝土抗震性能退化机理。
【关键词】:冻融循环 钢筋混凝土 低周反复荷载 抗震性能 滞回曲线 试验 有限元分析
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TU375.3;TU352.11
【目录】:
  • 摘要3-5
  • ABSTRACT5-9
  • 1 绪论9-17
  • 1.1 研究背景及研究意义9-10
  • 1.2 研究现状10-16
  • 1.2.1 冻融损伤混凝土力学性能研究现状10-13
  • 1.2.2 冻融损伤钢筋-混凝土粘结滑移性能研究现状13-14
  • 1.2.3 冻融损伤钢筋混凝土构件力学性能退化研究现状14-16
  • 1.3 本文的研究工作16-17
  • 2 冻融损伤混凝土本构模型研究17-28
  • 2.1 冻融损伤混凝土力学性能退化规律17-22
  • 2.1.1 受压弹性模量18-19
  • 2.1.2 受拉弹性模量19
  • 2.1.3 峰值压应变19-20
  • 2.1.4 峰值拉应变20-21
  • 2.1.5 抗拉强度21
  • 2.1.6 二轴等压强度21-22
  • 2.2 冻融损伤混凝土受压应力-应变全曲线方程22-25
  • 2.3 冻融损伤混凝土受拉应力-应变全曲线方程25-26
  • 2.4 本章小结26-28
  • 3 冻融损伤钢筋混凝土柱抗震性能试验研究28-42
  • 3.1 试验方案28-31
  • 3.1.1 试件设计与制作28-29
  • 3.1.2 实验室快速冻融方案29-30
  • 3.1.3 加载方案30-31
  • 3.2 试验结果31-34
  • 3.2.1 伴随试块强度测试结果31-32
  • 3.2.2 破坏形态32
  • 3.2.3 滞回曲线32-34
  • 3.3 试验结果分析34-40
  • 3.3.1 强度35-36
  • 3.3.2 刚度36-37
  • 3.3.3 骨架曲线37-39
  • 3.3.4 延性系数39
  • 3.3.5 能量耗散39-40
  • 3.4 本章小结40-42
  • 4 冻融损伤钢筋混凝土柱抗震性能有限元分析42-56
  • 4.1 冻融损伤钢筋混凝土本构模型42-48
  • 4.1.1 混凝土塑性损伤模型42-46
  • 4.1.2 钢筋本构模型46-47
  • 4.1.3 钢筋-混凝土粘结-滑移的处理47-48
  • 4.2 冻融损伤钢筋混凝土单元模型48-49
  • 4.2.1 混凝土单元模型48
  • 4.2.2 钢筋单元模型48-49
  • 4.3 ABAQUS 建模基本过程49-50
  • 4.4 数值模型验证50
  • 4.5 数值模拟结果分析50-55
  • 4.5.1 骨架曲线51-52
  • 4.5.2 刚度退化52-54
  • 4.5.3 延性系数54
  • 4.5.4 能量耗散54-55
  • 4.6 本章小结55-56
  • 5 结论与建议56-58
  • 5.1 基本结论56
  • 5.2 建议56-58
  • 致谢58-59
  • 参考文献59-63
  • 硕士研究生期间发表论文63

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