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外文翻译--反复荷载作用下复合增强型钢筋混凝土框架结构的性能 中文版.doc

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外文翻译--反复荷载作用下复合增强型钢筋混凝土框架结构的性能 中文版.doc

反复荷载作用下复合增强型钢筋混凝土框架结构的性能M.Nehdi1,A.Said2(西安大略大学,伦敦,加拿大安大略省)摘要FRP作为增强混凝土结构的材料得到日益广泛的应用。FRP一个有待开发和研究的应用便是在钢筋混凝土框架结构中的应用。但是,由于FRP的弹性,使得FRP钢筋混凝土构件的韧性较差和耗能性也较差。复合增强型FRP钢筋的增强作用可以弥补缺乏韧性的FRP钢筋混凝土构件的不足。在构件横截面上布置两层,FRP钢筋放置于外层,钢筋置于内层,这样就远离了碳化及氯离子侵蚀的影响。结合FRP箍筋,这种方法可提高钢筋混凝土构件的耐腐蚀性能。但是,目前的设计标准,并没有叙述标准FRP钢筋混凝土结构详细的抗震设计规定。特别是在抗震设计中详细的梁柱节点设计是一个关键问题。在近期的地震中,许多结构性坍塌引发了梁柱节点的损坏。鉴于此,研究这一问题可更好地了解GFRP和FRP钢筋混凝土在地震荷载作用下的情况。在这项研究中,对分别配有钢筋、GFRP、和复合增强型的GFRP钢筋的梁柱节点等尺寸模型进行了测试,并研究了他们的抗震性能。1.前言钢筋的腐蚀一直是钢结构或钢筋混凝土结构恶化的主要原因,世界各地每年用于钢结构或钢筋混凝土结构的维修费用就是由于上述原因而大幅提高。此外例如在医院,现代没有这种用高分子材料来增强性能的磁性干扰设备,医院因此得不到一个无磁环境。这样人们对高分子材料(FRP)的应用就越来越感兴趣,因为这种高分子材料是天然无磁性的和耐腐蚀性的。同时FRP的增强技术也能应用在选择容易嵌入光纤应变测量装置的结构中,以达到有效监测的目的。然而,与混凝土和传统钢筋的粘结性相比,FRP材料往往表现出较弱的粘结性。以FRP作为增强材料的混凝土可提高其性能,如表面变形和砂涂料性能,但其较弱的粘结性仍然是一个主要关注的问题,特别是在建筑物遭受地震和/或冲击载荷的作用下。Brown和Bartholomew指出,FRP钢筋混凝土梁用强度设计方法可以预测钢筋混凝土梁的极限抗弯能力。然而,在设计过程中,挠度和延展性这两项标准不属于通常情况下钢筋设计中的问题。与钢筋(除一些新的碳纤维复合材料制品)相比,绝大多数的FRP材料通常都会显著降低FRP钢筋混凝土的弹性模量。因此FRP钢筋混凝土结构往往会产生较大的挠度,而且主要是在破坏之前弹塑性效果不大,通常是突然的和脆性破坏的。在设计中满足FRP钢筋混凝土结构挠度和粘结性的要求是一项挑战。因此,建议在FRP钢筋砖和梁设计中应着眼于钢筋路段的弯曲,以实现一个具体压缩损坏的塑性行为,这种做法往往使FRP钢筋混凝土具有抗折特性。近年来,在复合型FRP钢筋和FRP钢筋混凝土结构中出现了越来越有兴趣的探讨。不过,这方面的研究工作普遍针对的是一些梁柱测试,大部分新近通过的FRP钢筋混凝土设计规格是不全面的,往往不包括详细的抗震设计规定,并不包括复合增强型的FRP钢筋混凝土结构系统。因此,需要进行研究,以探讨复合增强型的FRP混凝土框架结构在反复荷载作用下的状态,以此形成基础,为今后FRP钢筋混凝土在地震区设计的规范中进行规定。在这项研究中,分别对全增强的钢筋、没有增强的GFRP钢筋和复合增强型的GFRP钢筋梁柱节点在反复荷载作用下进行测试,对负载层位移包络线和耗能性进行了比较与讨论。2.研究的历史各类研究人员对FRP作为增强钢筋混凝土梁材料的应用作了调查。分别进行了各种各样的纵向和横向增强的研究。虽然横向增强通常是更接近于混凝土表面的实际情况,因此更容易受到腐蚀的FRP箍筋已经使用特殊的增强技术。在工业厂房中使用了的倒置箍筋已阻碍了其实际的可用性,即60%的强度降低这样一个事实。此外,FRP钢筋弯曲作箍筋通常需要工厂生产的特殊设备。用FRPnefmac(新纤维复合材料增强混凝土)网格可以提供一个解决这种问题的方法,四网格持续教育研究部门采取从新纤维复合材料增强混凝土网格提供了一个三分支箍筋图。grira和Saatcioglu研究了利用双钢网格和碳纤维网格作为隔离有纵向钢筋混凝土的箍筋。在反复荷载作用下对几个网格配置使用和标柱进行了测试。他们得出结论认为,双钢网格柱钢筋与碳纤维布置的箍筋效果相当。他们还争论,使用网格制成的钢筋或碳纤维复合材料是否提供了方便施工和即将开展的均匀分布的隔离压力沿栏无塞钢筋笼。他们认为,网格箍筋没有能在其节点发挥作用,这通常是与FRP箍筋具有相同的缺陷。3.实验方案梁柱接头可以从平面框架单元中抽出。当柱是从一层至下一层的中间高度截断时,梁试验单元所采用的便是跨中至梁端的部分。3.1钢筋增强研究实例3.2GFRP增强研究实例3.3复合增强型钢筋增强研究实例3.4试验体系和程序对上述梁柱节点进行了测试,适用于柱的恒定轴向载荷为600KN,并且在反复荷载(准静态)作用下适用于梁端。对柱不断施加轴向载荷,在应用液压千斤顶前,运用反向反复的负荷载,以模拟一个典型的应激状态下的负荷水平。该选定的加载模式适用于经常处于严重地震荷载下引起大形变的结构框架中。4.结果分析在这项研究中,分析测试结果包括一个负载层位移曲线、包络线和能耗性的比较,并对不同尺寸的梁柱节点弯矩转角进行测试。4.1钢筋增强研究结果4.2GFRP研究结果4.3复合增强型钢筋增强研究结果4.4负载层位移角和包络线的关系4.5能耗性累积结果4.6梁弯矩转角间关系5.讨论用FRP作为增强混凝土结构的材料已在日益普及,但各种设计准则和规定,还需要制定其安全实施细则,才能大规模实地应用。例如,ACI440.1r01找出各种各样与研究有关的问题,这些问题都需要解决,有一些如建立统计拉伸能力变化了的FRP钢筋是其中一个简单的问题。此外,对FRP横向钢筋起抗剪作用的钢筋混凝土构件必须妥为评估。在设计中,与混凝土相比钢筋加在较低强度的FRP中是困难的,例如在满足钢筋的伸缩长度情况下,梁的钢筋锚固在外墙接缝,而用FRP钢筋则需要额外的嵌入长度,而且很难在FRP钢筋制造弯角。所以在增强复杂结构的配置中很难采用这种材料,必须采取其它措施加以解决。文献来源M.NehdiandA.Said.PerformanceofRCframeswithhybridreinforcementunderreversedcyclicloadingJ.MaterialsandStructures,2005,38627~637.

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