本發(fā)明涉及鋼筋混凝土構(gòu)件加固的，具體涉及一種smaf-ecc外殼包覆塑性鉸區(qū)的混凝土柱及其施工方法。

背景技術(shù)：

1、在工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，延性性能可以理解為結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件在承載力沒(méi)有明顯降低的情況下產(chǎn)生非線性變形的能力，延性構(gòu)件的損傷集中區(qū)域常被稱為塑性鉸，通過(guò)塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)變形，延性構(gòu)件可以有效耗散地震能量，因此塑性鉸的形成與發(fā)展程度是決定結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵因素。基于能力保護(hù)設(shè)計(jì)原理，可以明確工程結(jié)構(gòu)中塑性鉸的出現(xiàn)位置，使構(gòu)件的延性性能與工程結(jié)構(gòu)的整體延性性能建立直接聯(lián)系，同時(shí)可以對(duì)預(yù)設(shè)塑性鉸位置處的延性構(gòu)件進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，選擇具有高延性、高耗能以及自恢復(fù)性能的材料，使結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞模式具有可預(yù)知性及可恢復(fù)性。

2、目前，將改進(jìn)混凝土柱設(shè)計(jì)準(zhǔn)則向使用高延性、高耗能以及自恢復(fù)性能的新材料方面轉(zhuǎn)變，已成為提高塑性鉸區(qū)抗震性能的重要途徑之一，該方法可從根本上改變混凝土柱在地震作用下的力學(xué)行為和破壞模式，從而全面提高混凝土柱的抗震性能和損傷自恢復(fù)性能。

3、形狀記憶合金纖維(smaf)增強(qiáng)工程水泥基復(fù)合材料(ecc)是將高延性的ecc與超彈性smaf相結(jié)合，得到的新型高性能復(fù)合材料smaf-ecc。該新型復(fù)合材料能有效發(fā)揮ecc和smaf的材料性能，既具備ecc的高延性、高耗能以及多縫開裂特性；也能利用smaf的超彈性有效恢復(fù)ecc基體產(chǎn)生的細(xì)密裂縫、減小殘余變形；并且smaf均勻分散在基體材料中，能夠?qū)Σ煌较?、不同部位的基體細(xì)密裂縫進(jìn)行約束及修復(fù)，非常適用于大范圍開裂的ecc材料。將smaf-ecc用于包覆混凝土柱塑性鉸區(qū)，可提供更好的損傷容限、更高的抗剪承載力以及耗能能力；還可替代部分箍筋起到橫向約束作用，有效增強(qiáng)柱端塑性鉸區(qū)的轉(zhuǎn)動(dòng)變形能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種smaf-ecc外殼包覆塑性鉸區(qū)的混凝土柱，具有抗拉強(qiáng)度高、延性性能好、耗能能力強(qiáng)以及良好的變形自恢復(fù)、裂縫自閉合能力等，用于包覆混凝土柱塑性鉸區(qū)可以顯著提升混凝土柱的抗震性能、并為混凝土提供顯著的自恢復(fù)能力。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種smaf-ecc外殼包覆塑性鉸區(qū)的混凝土柱的施工方法，施工方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)施和推廣。

3、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的之一所采用的方案是：一種smaf-ecc外殼包覆塑性鉸區(qū)的混凝土柱，包括基礎(chǔ)和固定在基礎(chǔ)的柱身，所述柱身包括鋼筋骨架、混凝土及殼壁，所述柱身分為柱身上柱和柱身下柱，所述柱身下柱的塑性鉸區(qū)核心區(qū)采用現(xiàn)澆混凝土澆筑，所述柱身下柱的塑性鉸區(qū)的殼壁由smaf-ecc水泥基材澆筑成型，所述smaf-ecc水泥基材料是在ecc水泥基材料中加入體積率介于0.5％到1％之間的超彈性形狀記憶合金纖維smaf而制成的復(fù)合纖維水泥基材料。

4、優(yōu)選地，所述鋼筋骨架包括若干間隔設(shè)置的縱筋，各個(gè)縱筋經(jīng)箍筋綁扎成一體，縱筋兩端的箍筋加密設(shè)置，縱筋形狀為l形，將l形縱筋與基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋綁扎。

5、優(yōu)選地，所述柱身下柱的塑性鉸區(qū)處的箍筋為加密設(shè)置，柱身上柱包括中間的非加密設(shè)置區(qū)和頂部的加密設(shè)置區(qū)。

6、優(yōu)選地，所述柱身上柱的殼壁由所述混凝土澆筑成型。

7、優(yōu)選地，所述超彈性形狀記憶合金纖維包括鎳鈦基smaf、銅基smaf中的至少一種。

8、優(yōu)選地，所述smaf端頭形式為n型。

9、優(yōu)選地，所述smaf-ecc殼壁的厚度不小于縱筋中心至柱外表面距離的2倍。

10、優(yōu)選地，所述smaf-ecc水泥基材料包括水、細(xì)砂、凝膠材料、減水劑、smaf和輔助纖維，所述smaf與輔助纖維均按照設(shè)計(jì)體積率隨機(jī)分布于水泥基材料中，所述輔助纖維為聚乙烯醇纖維或聚丙烯纖維中的任意一種或者兩種。

11、本發(fā)明提出一種新型混凝土柱：smaf-ecc外殼包覆塑性鉸區(qū)混凝土柱，該柱利用高性能的smaf-ecc代替部分混凝土，用于包覆混凝土柱塑性鉸區(qū)。該新型混凝土柱不僅可以顯著提升抗震性能，并具備良好的自恢復(fù)能力，為實(shí)現(xiàn)“韌性”結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)新方法。

12、smaf應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)可明顯提升結(jié)構(gòu)耗能及自復(fù)位能力。但由于混凝土固有的脆性特質(zhì)，且與smaf變形不協(xié)調(diào)，無(wú)法有效發(fā)揮smaf耗能及變形恢復(fù)性能。采用ecc代替混凝土作為smaf的基體材料，可使兩種材料的變形更協(xié)調(diào)，更有利于smaf材料性能的充分發(fā)揮，為ecc提供變形恢復(fù)能力，解決ecc震后殘余變形問(wèn)題。smaf-ecc用于柱、橋墩、梁、框架節(jié)點(diǎn)及剪力墻等研究表明，smaf與ecc結(jié)合可形成材料優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有效實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的抗震耗能、自復(fù)位能力與損傷修復(fù)功能。

13、ecc由于其優(yōu)異的拉伸應(yīng)變硬化特性和多次受拉細(xì)裂紋行為，被不少學(xué)者用于混凝土結(jié)構(gòu)，并分析其抗震性能。到目前為止，已經(jīng)有大量使用ecc的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能的研究，并表明抗震性能有顯著改善，主要在延性、損傷容限和能量耗散方面。smaf作為一種具有超彈性合金材料，被不少學(xué)者研究并應(yīng)用于橋柱、基礎(chǔ)柱、框架節(jié)點(diǎn)柱、型鋼混凝土柱等，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在塑性鉸區(qū)域加入smaf-ecc的混凝土柱比起傳統(tǒng)鋼筋混凝土柱、超高性能混凝土和純ecc混凝土柱，該新型復(fù)合材料能有效發(fā)揮ecc和smaf的材料性能，既具備ecc的高延性、高耗能以及多縫開裂特性；也能利用smaf的超彈性有效恢復(fù)ecc基體產(chǎn)生的細(xì)密裂縫、減小殘余變形；并且smaf均勻分散在基體材料中，能夠?qū)Σ煌较颉⒉煌课坏幕w細(xì)密裂縫進(jìn)行約束及修復(fù)，非常適用于大范圍開裂的ecc材料。將smaf-ecc用于包覆混凝土柱塑性鉸區(qū)，可提供更好的損傷容限、更高的抗剪承載力以及耗能能力；還可替代部分箍筋起到橫向約束作用，有效增強(qiáng)柱端塑性鉸區(qū)的轉(zhuǎn)動(dòng)變形能力。

14、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的之二所采用的方案是：一種所述的smaf-ecc外殼包覆塑性鉸區(qū)的混凝土柱的施工方法，包括以下步驟：

15、步驟1：綁扎鋼筋，在鋼筋籠核心區(qū)定位空心位置，先澆筑基礎(chǔ)；

16、步驟2：在基礎(chǔ)澆筑完后，在定位的空心位置處放置表面光滑空心隔板，再對(duì)柱身下柱的塑性鉸區(qū)進(jìn)行支模；

17、步驟3：往空心隔板中澆筑混凝土并且往柱身下柱模板同時(shí)澆筑smaf-ecc復(fù)合材料；

18、步驟4：待塑性鉸區(qū)澆筑完后將空心隔板慢慢抽出，將柱身上柱和下柱對(duì)齊定位好，對(duì)柱身上柱進(jìn)行支模，并與柱身下柱的模板進(jìn)行固定；

19、步驟5：對(duì)剩余柱身澆筑混凝土，即可形成smaf-ecc外殼包覆塑性鉸區(qū)的混凝土柱。

20、優(yōu)選地，所述步驟4中，柱身上柱和柱身下柱的模板的接縫形狀可為凹凸形、鋸齒形、v形中的任意一種。

21、本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

22、本發(fā)明的混凝土柱將塑性鉸區(qū)外側(cè)的混凝土置換為一定厚度的smaf-ecc殼壁，塑性鉸核心區(qū)及柱身其他部位仍采用現(xiàn)澆普通混凝土，該結(jié)構(gòu)可以大幅減少smaf-ecc材料的用量，成本可控，對(duì)比與用smaf-ecc材料整體替換混凝土柱塑性鉸區(qū)，通過(guò)僅在塑性鉸區(qū)使用這些材料，可以在保證抗震性能的同時(shí)，降低整體成本。

23、本發(fā)明的smaf-ecc殼壁中smaf有效錨固在ecc基體中時(shí)，smaf可以發(fā)揮自恢復(fù)性能，為ecc提供恢復(fù)力，可顯著提提升混凝土柱的抗震性能、并為混凝土提供顯著的自恢復(fù)能力，減少震后修復(fù)成本。

24、本發(fā)明的smaf-ecc外殼包覆混凝土柱可以優(yōu)化塑性鉸的形成機(jī)制，使塑性鉸在地震作用下更加穩(wěn)定地發(fā)展，避免發(fā)生脆性破壞。

25、本發(fā)明的smaf-ecc外殼具有抗拉強(qiáng)度高、延性性能好、耗能能力強(qiáng)以及良好的變形自恢復(fù)、裂縫自閉合能力等，用于包覆混凝土柱塑性鉸區(qū)可以顯著提升混凝土柱的抗震性能，并為混凝土柱提供顯著的自恢復(fù)能力，實(shí)現(xiàn)“韌性”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。

26、本發(fā)明的施工方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)施和推廣。