1、地震是人類面臨的嚴重自然災害之一。我國屬地震多發(fā)國家,需要考慮抗震設防的地域分布廣,研究建筑結構的抗震性能十分必要與迫切。地震力與結構的自重有關,降低靜載重可以減小建筑物在地震時的慣性力,從而降低建筑物的地震反應。輕集料混凝土具有自重輕、軸壓強度高、與鋼筋的彈性階段協(xié)同工作能力強、抗裂性能和抗震性能好的優(yōu)點,若將其用于抗震結構無疑具有極大的潛力。但由于輕集料混凝土的強度通常較低,彈性模量較小,脆性問題突出,直接將其用于鋼筋混凝土柱還存在

2、強度、剛度和延性難以滿足重要建筑結構要求的技術問題。據(jù)此,本文對由普通優(yōu)質集料取代部分輕集料制備而成的高強輕質混凝土(HSLC)的性能進行了研究,建立了高強輕質混凝土的本構關系,探明了混凝土材料與鋼筋的配合關系,探討了高強輕質混凝土與鋼筋的匹配設計原理,提出了采用多重螺旋箍筋形式對高強輕質混凝土進行增韌的抗震設計方法,通過理論分析和力學計算得到了多重螺旋箍筋柱正截面承載力計算公式,對高強輕質混凝土-多重螺旋箍筋柱抗震性能和經(jīng)濟性進行了綜

3、合分析。
　　 論文開展的主要工作和取得的重要成果有:
　　 制備了強度等級為C60高強混凝土(HSC)、高強輕集料混凝土(HSLAC)和HSLC,獲得了HSC、HSLAC和HSLC的單軸受壓應力-應變全曲線,分析了三種混凝土材料的裂縫擴展模式和在單軸荷載作用下的變形特性及破壞形態(tài)。對高強輕質混凝土應力-應變全曲線進行數(shù)據(jù)擬合,得到其應力-應變全曲線數(shù)學方程式,為高強輕質混凝土結構設計與有限元分析提供了參考依據(jù)。

4、　　 基于抗震性能的要求,研究了混凝土材料與鋼筋的配合關系,對普通箍筋約束HSLC、HSC和HSLAC受壓構件進行了低周反復荷載試驗,對比研究了相同箍筋約束條件下,HSLC、HSC和HSLAC三種混凝土框架柱的破壞形態(tài)、滯回特性、延性、耗能能力和剛度退化等抗震性能。結果表明,用普通優(yōu)質集料取代部分輕集料可以提高輕集料混凝土的抗震性能,HSLC不僅可以降低結構自重,減小地震破壞力,還可以滿足重要結構對混凝土承載力、剛度和延性的要求。通過

5、體積配箍率對鋼筋HSL柱抗震性能影響規(guī)律的研究,探明了混凝土材料與鋼筋的配合關系,探討了HSLC與鋼筋的匹配設計原理。
　　 依據(jù)HSLC的物理力學性能及其與鋼筋的配合關系,鑒于圓形螺旋箍筋優(yōu)異的約束效應,提出了利用多重螺旋箍筋對HSLC進行增韌的抗震設計思路和設計方法,設計制作了單螺旋、4-螺旋和5-螺旋箍筋約束HSLC框架柱試件;針對現(xiàn)有關于約束混凝土理論模型用于分析多重螺旋箍筋柱存在的問題,從單個螺旋箍筋柱力學理論出發(fā),分

6、析了多重螺旋箍筋混凝土柱的正截面承載能力,提出了多重螺旋箍筋混凝土柱正截面強度計算公式,該公式為多重螺旋箍筋柱的設計及研究提供了理論及計算依據(jù)。
　　 系統(tǒng)研究了單螺旋、4-螺旋和5-螺旋箍筋形式下,鋼筋HSLC柱的破壞特征、滯回特性、延性、耗能能力和剛度退化等抗震性能,重點研究了軸壓比和配筋率對5-螺旋箍筋柱的影響作用,并對高強輕質混凝土-多重螺旋箍筋柱抗震性能和經(jīng)濟性進行了綜合分析。結果表明,5-螺旋箍筋技術可以大幅度提高鋼