【摘 要】
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为了促进风积沙资源在混凝土框架结构中的科学利用,本文提出玄武岩纤维风积沙混凝土柱。首先选取库布齐沙漠的风积沙和短切玄武岩纤维作为试验原材料,制作了玄武岩纤维风积沙混凝土立方体试块和标准棱柱体试块,研究了玄武岩纤维风积沙混凝土的力学性能和应力-应变关系。在完成上述材料试验内容后,设计制作了4个相同尺寸的玄武岩纤维风积沙混凝土柱试件,并引入本课题组同批制作的4个普通风积沙混凝土柱试件的各项试验数据进行
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为了促进风积沙资源在混凝土框架结构中的科学利用,本文提出玄武岩纤维风积沙混凝土柱。首先选取库布齐沙漠的风积沙和短切玄武岩纤维作为试验原材料,制作了玄武岩纤维风积沙混凝土立方体试块和标准棱柱体试块,研究了玄武岩纤维风积沙混凝土的力学性能和应力-应变关系。在完成上述材料试验内容后,设计制作了4个相同尺寸的玄武岩纤维风积沙混凝土柱试件,并引入本课题组同批制作的4个普通风积沙混凝土柱试件的各项试验数据进行对比分析。在相同试验条件下进行低周反复荷载试验,研究了各试件的抗震性能,并在试验的基础上建立了玄武岩纤维风积沙混凝土柱的损伤模型,以此来分析试件的地震损伤程度。此外,通过ABAQUS有限元模拟软件对玄武岩纤维风积沙混凝土柱进行非线性分析,再将模拟结果与试验结果相比较,研究了不同参数对试件抗震性能的影响规律,对两种材料的复合化应用给出建议。主要研究内容如下:1、玄武岩纤维风积沙混凝土应力-应变关系试验研究制作了玄武岩纤维风积沙混凝土试块和普通风积沙混凝土试块并进行力学性能试验,研究其抗压性能和应力-应变关系,对试验测得的应力-应变曲线进行数据拟合,得出适用于本次试验研究的应力-应变数学关系。试验结果表明:随着风积沙取代率的增加(10%-50%),混凝土试块抗压强度均先增大后减小,当风积沙掺量在30%时达到峰值。玄武岩纤维的掺入有利于提高抗压强度,最大提高12.3%。2、玄武岩纤维风积沙混凝土柱抗震性能试验研究设计制作了4根玄武岩纤维风积沙混凝土柱试件(相同玄武岩纤维掺量,不同风积沙取代率),在相同的试验条件下进行低周反复荷载试验,并引入了本课题组同批制作完成的4根普通风积沙混凝土柱试件的各项试验数据,对比分析了各试件的破坏过程、滞回特性等抗震性能,在试验的基础上建立了玄武岩纤维风积沙混凝土柱的损伤模型。研究结果表明:定量掺入0.15%的玄武岩纤维可以有效提高风积沙混凝土柱的抗震性能,减小裂缝宽度,降低试件的破坏程度,可以有效防止混凝土剥落现象出现,改善混凝土的脆性问题。当风积沙取代率为30%时,两种材料结合效果最佳;建立的损伤模型与试验结果吻合较好,可为相关研究提供依据。3、玄武岩纤维风积沙混凝土柱有限元分析通过ABAQUS有限元模拟软件对玄武岩纤维风积沙混凝土柱进行了非线性分析,将模拟结果与试验结果进行对比,模拟得出的骨架曲线和试验骨架曲线有相同的变化趋势,能够较好的反映出试件在实际试验情况下的破坏过程和特征。证实模拟结果与试验现象吻合较好,验证了所建模型的合理性。之后对模拟结果中的应力、应变云图进行分析,进一步研究玄武岩纤维风积沙混凝土柱的地震损伤性能。在此基础上,通过改变模型的材料参数和试验条件,分析了其他因素对模拟结果的影响,结果表明:随着混凝土强度等级和纵筋直径的增加,模型的抗震性能均有不同的提升;在一定范围内,随着轴压比的增大,各阶段的承载能力得到提升,但延性性能改善不明显。其中提高混凝土强度等级对抗震性能的提升效果最为明显。
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