基于新型修复系统下锈蚀钢筋混凝土圆柱抗震性能研究

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滨海地区服役的钢筋混凝土结构由于长期受到氯离子的侵蚀,结构的抗震性能严重退化,目前常用的结构加固技术(Structural strengthening technology,SS)不能阻止结构内钢筋的进一步锈蚀,而外加电流阴极保护技术(Impressed current cathodic protection technology,ICCP)能够有效的阻止构件内钢筋的进一步锈蚀,但不能恢复锈蚀对构件的影响,因此本课题将ICCP技术与SS技术相结合,以碳纤维水泥基复合材料(Carbon-Fabric reinforced cementitious matrix,C-FRCM)作为加固材料,提出一种新型的双重修复系统,并采用试验和有限元分析的方法,探究新型修复系统的修复效果。试验部分设计了14根锈蚀钢筋混凝土圆柱进行拟静力试验,主要的变量有轴压比(0.3、0.6)和不同的修复方式(ICCP、SS和ICCP-SS)。经过试验得到修复与未修复试件的滞回曲线、骨架曲线和柱顶极限水平推力,通过对比分析不同修复方式和轴压比构件的极限承载力、延性、刚度退化、耗能等,验证ICCP-SS双重修复系统的有效性。有限元部分基于试验的结果,采用DIANA软件建立修复与未修复构件的三维模型,并将有限元模型与试验结果进行比较,验证有限元模型的准确性。然后将验证后的有限元模型进行扩展模拟,扩展模拟的参数为锈蚀率(0%、5%、10%和15%)、C-FRCM加固层数(0、1、2、3和4)和轴压比(0.3、0.4、0.5和0.6),通过扩展模拟结果得出:在滨海地区的钢筋混凝土框架柱在正常使用过程中,轴压比宜在0.489~0.652之间,最大不应超过0.815;在进行C-FRCM加固时,宜采用1、2、3层进行加固,不宜采用4层及以上进行加固。理论推导部分基于试验和有限元扩展模拟的结果,首先验证了《混凝土设计规范》(GB50010-2010(2015))提出的受压圆柱正截面受弯承载力计算公式适用于钢筋混凝土圆柱在往复荷载作用下的极限承载力计算,并基于《混凝土设计规范》、国内学者的研究成果和FRCM加固的规范AC434、ACI549.4R,提出C-FRCM加固锈蚀钢筋混凝土圆柱在往复荷载作用下的极限承载力计算公式。最后根据C-FRCM加固锈蚀钢筋混凝土圆柱极限承载力计算公式和试验、有限元扩展模拟结果,提出了C-FRCM加固锈蚀钢筋混凝土圆柱的恢复力模型,并通过试验结果验证了恢复力模型的准确性。
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