考虑屈曲的HRB600钢筋低周疲劳性能试验与模型研究

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各种震害现象与试验研究表明,由于钢筋混凝土柱纵筋在拉压循环加载过程中常出现明显的屈曲,纵筋的屈曲会逐渐降低构件的承载力以及钢筋自身的疲劳寿命,严重威胁建筑物的安全,因此钢筋混凝土柱纵筋具备较好的抗屈曲性能和抗疲劳损伤能力是非常重要的。国内外学者对钢筋屈曲开展的研究主要集中在中等强度钢筋,HRB600高强钢筋的研究资料比较缺乏。同时考虑屈曲影响的疲劳寿命模型的研究成果较少,直接将未考虑屈曲的疲劳寿命模型用于预测屈曲钢筋的疲劳寿命效果较差。因此研究HRB600钢筋的屈曲受力性能,并构造出适用于屈曲钢筋的疲劳寿命模型,对于准确评估钢筋混凝土柱的抗震性能以及正确判断屈曲纵筋的疲劳寿命是较为重要的。本文主要对10种长径比共26根HRB600钢筋分别进行钢筋单调受压屈曲试验、拉压不等循环加载试验以及拉压相等循环加载试验。在试验过程中采集了每根钢筋试件屈曲段的竖向位移变化量与屈曲段中点处弱轴方向与强轴方向的横向位移,并得到钢筋试件的平均应力-平均应变曲线与屈曲段中点钢筋横向位移变化曲线。基于试验结果对不同长径比钢筋的屈曲性能进行了分析。随后在OpenSees分析平台上基于纤维模型和集中塑性铰梁柱单元对HRB600钢筋进行有限元建模和数值计算。最后基于HRB600钢筋的循环加载试验数据对原始C-M疲劳寿命模型进行修正,得到适用于HRB600钢筋且合理考虑屈曲影响的修正疲劳寿命模型与强度衰减公式。研究结果表明,钢筋的受压屈曲性能主要受长径比L/d与屈服强度fy影响,钢筋的长径比L/d越大,其屈曲开始越早,平均应力软化越显著。采用参数L/d (fy/100)1/2描述长径比、屈服强度对钢筋单调受压屈曲性能的影响存在一定误差。钢筋的循环加载会导致钢筋出现疲劳损伤与强度衰减,基于HRB600钢筋的循环加载试验拟合得到的修正疲劳寿命模型有较好的预测结果。本文具有以下创新点:(1)提出了屈曲钢筋循环加载试验的改进试验方案,可较好地适用于HRB600钢筋考虑屈曲的循环加载试验。(2)基于HRB600钢筋的单调受压屈曲试验验证了将Dhakal和Maekawa提出的本构模型描述HRB600国产钢筋的单调受压屈曲性能存在明显误差。(3)基于本文完成的HRB600屈曲钢筋循环加载试验数据,提出了可考虑屈曲影响且适用于HRB600钢筋的疲劳寿命模型与强度衰减公式。
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