本研究將再生骨料混凝土(Recycled Aggregate Concrete,簡稱RAC)與FRP-混凝土-鋼雙壁空心組合柱(Hybrid FRP-Concrete-Steel Double-Skin Tubular Column,簡稱DSTC)結(jié)合,提出了一種新型的纖維復合材料(Fibre-Reinforced Polymer,簡稱FRP)約束再生混凝土內(nèi)鋼管空心組合圓柱(Hollow-Core FRP-RAC-Steel Tubular Column,簡稱FRSTC)。該新型柱由外FRP管,內(nèi)鋼管及雙管環(huán)形區(qū)域內(nèi)RAC構(gòu)成。FRSTC有望繼續(xù)發(fā)揮DSTC中各組分材料的性能優(yōu)勢,使其具有承載力高、延性好的特點,同時解決廢棄混凝土的環(huán)境污染問題,實現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展,擴大和提升RAC的應用范圍和層次,為建筑結(jié)構(gòu)提供一種新型的高性能環(huán)保型構(gòu)件形式。為了解FRSTC的主要力學性能,驗證RAC在DSTC中應用的可行性,促進該新型組合柱在實際工程的推廣應用,本研究對FRSTC進行了軸壓性能和抗震性能的試驗研究。為了解FRSTC的單調(diào)軸壓性能,完成了 21個小尺寸FRSTC和3個FRP約束再生混凝土實心短圓柱(直徑為150mm)的單調(diào)軸壓試驗,通過對試件荷載-軸向位移曲線,荷載-FRP應變曲線,荷載-鋼管應變曲線,以及FRP環(huán)向-軸向應變關(guān)系曲線等方面的討論,分析FRP管厚度和再生骨料替代率兩個參數(shù)對FRSTC的單調(diào)軸壓性能的影響。軸壓試驗結(jié)果表明:(1)FRSTC單調(diào)軸壓性能與DSTC類似。FRSTC的極限承載力隨著再生骨料替代率的增加有下降趨勢,而極限軸向位移有增加趨勢。FRSTC的極限承載力和位移隨FRP層數(shù)的增加而明顯提高。再生骨料替代率為30%的FRSTC,在承載力和變形性能上表現(xiàn)較好。(2)FRSTC的荷載-軸向應變曲線、荷載-FRP應變曲線均呈現(xiàn)雙線型發(fā)展趨勢,荷載-鋼管應變曲線基本呈現(xiàn)三線型關(guān)系。(3)采用基于應力-應變關(guān)系的模型計算的FRSTC極限軸壓承載力與試驗結(jié)果差別小于7%,DSTC的極限軸壓承載力計算模型對于FRSTC依然適用。為了解FRP約束再生混凝土柱的循環(huán)軸壓性能,完成了 8個較大尺寸(直徑為300mm)玄武巖FRP約束再生混凝土實心短圓柱的循環(huán)軸壓試驗。通過對試件荷載-軸向位移曲線,應力-應變包絡(luò)線,以及FRP環(huán)向應變曲線等方面的討論,分析再生骨料替代率、再生混凝土強度和加載速率三個參數(shù)對FRP約束再生混凝土實心短圓柱的循環(huán)軸壓性能的影響,建立約束再生混凝土的殘余應變與卸載應變關(guān)系,應力退化率與包絡(luò)卸載應變關(guān)系。循環(huán)軸壓試驗結(jié)果表明:(1)FRP約束再生混凝土柱的循環(huán)軸壓性能與FRP約束原生混凝土性能類似。FRP約束低強再生混凝土柱的應力-應變曲線有明顯的強化段,FRP約束高強再生混凝土柱應力-應變曲線在剛進入強化段時有一定回落。不同再生骨料替代率對FRP約束再生混凝土承載力影響不大。增大位移幅度循環(huán)和加載速率,對試件承載力有不利影響,但對延性有略微提高。(2)在FRP約束原生混凝土本構(gòu)模型基礎(chǔ)上,經(jīng)過對卸載應變和應力退化率,以及再生混凝土強度的描述進行調(diào)整,得到修正的FRP約束原生混凝土的循環(huán)軸壓應力-應變加/卸載曲線模型,對FRP約束再生混凝土的循環(huán)軸壓性能預測效果良好。為了解FRSTC的抗震性能,完成了 16根足尺(直徑為400mm,有效高度1650 mm)FRSTC在恒定軸壓力和往復水平荷載作用下的擬靜力試驗。通過對FRSTC滯回曲線和骨架曲線分析,以及承載力退化系數(shù)、延性系數(shù)、位移轉(zhuǎn)角、曲率、等效塑性鉸高度、剛度退化系數(shù)、耗能、等效粘滯阻尼系數(shù)、累積損傷系數(shù)等指標的計算,討論試件再生骨料替代率、軸向加載方式、剪力連接件、FRP管材類型、鋼管厚度、試件空心率、FRP管厚度、軸壓比、再生混凝土強度等參數(shù)的變化影響,對FRSTC的抗震性能有較全面的認識。擬靜力試驗結(jié)果表明:(1)試件滯回曲線呈現(xiàn)飽滿的梭形,試件變形和耗能性能良好。(2)軸壓比的增加、鋼管剪力連接件的設(shè)置和全截面加載方式,能提高試件的峰值側(cè)向荷載,但降低試件延性和端部曲率,且加大試件的累積損傷。軸壓比的增加和鋼管剪力連接件的設(shè)置,還明顯降低耗能。(3)鋼管厚度的增加能提高側(cè)向荷載及耗能性能,但對極限位移提高較小,且略微降低延性系數(shù)。鋼管直徑的增加能提高試件峰值荷載,但使其滯回曲線“捏縮”效應加強。(4)再生骨料替代率影響較小,隨著再生骨料替代率的增加,試件滯回曲線的“捏縮”效應略微減弱,總耗能和等效粘滯阻尼系數(shù)略微提高。(5)混合纖維復合管材約束的效果介于各纖維材料之間。增加FRP管厚度能減小試件承載力退化,但略微降低總耗能和延性。試件推拉面FRP應變在加載早期隨加載位移呈對稱形態(tài)發(fā)展,FRP承擔部分軸壓力,拉力主要由鋼管承擔。(6)建立的折線型恢復力模型能較好地預測試件的滯回性能。
【學位單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU398.9
【部分圖文】：

年增長的趨勢［３］。國家發(fā)改委發(fā)布的《中國資源綜合利用年度報告（２０１４）》中提??到，２０１３年，我國建筑廢棄物產(chǎn)量約為１０億噸；而到了?２０１４年，全國建筑廢棄物??超過１５億噸，占城市垃圾總量的３０％？４０％。建筑廢棄物如圖１－１所示。預計２０２０??年左右，我國建筑廢棄物產(chǎn)生量還將迎來新的高峰［４，５］。??這些建筑廢棄物主要包括：建筑余泥、廢磚瓦、廢混凝土、廢砂漿、廢瀝青等??五類，其中廢棄混凝土占３０％？５０％［６］。如此大量的建筑廢棄物產(chǎn)生的主要原因是：??一方面是隨著城市現(xiàn)代化進程的加快，房地產(chǎn)行業(yè)的興盛，新建房屋施工現(xiàn)場殘留??大批現(xiàn)場損耗及富余材料；另一方面是自我國改革開放經(jīng)濟發(fā)展進入一定階段，當??時大規(guī)模興建的房屋也己經(jīng)歷一定的生命周期，目前正面臨著大量不能繼續(xù)服役的??建筑需拆除、改造和加固的局面。就舊城拆遷和改造產(chǎn)生的建筑廢棄物而言，每萬??平方米約為７０００￣１２０００噸，每年因拆除建筑而產(chǎn)生的廢棄物約占建筑垃圾總量的??７０％以上［７］。此外

年增長的趨勢［３］。國家發(fā)改委發(fā)布的《中國資源綜合利用年度報告（２０１４）》中提??到，２０１３年，我國建筑廢棄物產(chǎn)量約為１０億噸；而到了?２０１４年，全國建筑廢棄物??超過１５億噸，占城市垃圾總量的３０％？４０％。建筑廢棄物如圖１－１所示。預計２０２０??年左右，我國建筑廢棄物產(chǎn)生量還將迎來新的高峰［４，５］。??這些建筑廢棄物主要包括：建筑余泥、廢磚瓦、廢混凝土、廢砂漿、廢瀝青等??五類，其中廢棄混凝土占３０％？５０％［６］。如此大量的建筑廢棄物產(chǎn)生的主要原因是：??一方面是隨著城市現(xiàn)代化進程的加快，房地產(chǎn)行業(yè)的興盛，新建房屋施工現(xiàn)場殘留??大批現(xiàn)場損耗及富余材料；另一方面是自我國改革開放經(jīng)濟發(fā)展進入一定階段，當??時大規(guī)模興建的房屋也己經(jīng)歷一定的生命周期，目前正面臨著大量不能繼續(xù)服役的??建筑需拆除、改造和加固的局面。就舊城拆遷和改造產(chǎn)生的建筑廢棄物而言，每萬??平方米約為７０００￣１２０００噸，每年因拆除建筑而產(chǎn)生的廢棄物約占建筑垃圾總量的??７０％以上［７］。此外

（ａ）建筑廢棄物焚燒?（ｂ）廢棄物資源化處理??圖１－２建筑廢棄物的處理??Ｆｉｇ．?１－２?Ｄｉｓｐｏｓａｌｓ?ｏｆ?ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ?ｗａｓｔｅ??目前，一種較合理的廢棄物處理方式是由建筑廢棄物資源回收企業(yè)向工程承包??商進行建筑廢棄物收購，再通過建筑廢棄物處理企業(yè)進行資源化生產(chǎn)。這種資源化??方式，生產(chǎn)出再生骨料混凝土或再生混凝土（Ｒｅｃｙｃｌｅｄ?Ａｇｇｒｅｇａｔｅ?Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，簡稱??ＲＡＣ），如圖ｌ－２ｂ所示。簡單地說，這種資源化方式即用蓋過房子的混凝土蓋房子。??混凝土的再生在變廢為寶的同時，還節(jié)省了砂石和土地資源，降低了處理費用，有??效避免了填埋和焚燒處理對環(huán)境造成的不利影響。然而，建筑廢棄物中回收利用較??多的是鋼材，而對于數(shù)量龐大的混凝土的資源化利用在我國還未普遍推廣，這主要??２??
【參考文獻】

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本文編號：2859325