高强箍筋约束高强混凝土压弯构件抗震性能研究.pdf

2 0 1 3年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT P RODUCTS 2 01 3 No 7 J u l y 高强箍筋约束高强混凝土压弯构件抗震性能研究 蒋 明慧 ( 四川工程职业技术学院， 德 阳 6 1 8 0 0 0 ) 摘要 ： 通过三组 6个 高强箍筋约束高强混凝 土往在 高轴压 比下 的低 周反 复水平加 裁试验及对比分析 ， 研 究 了 该类构件的破坏过程、 破坏形 态、 滞回性能和耗 能能力。 关键 词 ： 高强箍筋 ； 高强混凝 土； 抗震 性能 Ab s t r a c t ：T h r o u g h t h e l o w c y c l e h o riz o n t a l l o a d i n g t e s t o f s i x h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e c o l u mn s c o n f i n e d b y h i g h s t r e n gth s t i r r u p s u n d e r h i g h a x i a l c o mp r e s s i o n r a t i o a n d t h e c o mp a ris o n a n a l y s i s ， t h e f a i l u r e p r o c e s s ， f a i l u r e p a t t e r n ， h y s 。 t e r e t i c b e h a v i o r s a n d e n e r g y c o n s u mp t i o n b i l i t y o f t h e c o mp o n e n t s a r e r e s e a r c h e d Ke y wo r d s ： Hi g h s t r e n g t h s t i r r u p s ； Hi g h s t r e n g t h c o n c r e t e ； S e i s mi c b e h a v i o r 中图分类号 ： T U 5 2 5 9 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 7 - 5 6 - 0 3 0前 言 近年来 随着对高强材料尤其是对高强混凝土 相关研究的不断深入 ， 其在工程领域的优势 日趋凸 显 国家 已开始将高强钢筋和高强混凝土的研究纳 入 国家科 研计划 ， 并不断地通过理论 研究 、 模型试 验和试 点 、 示范工程等 ， 加速相关技术创新 和研究 成果 的推广。目前对高强材料的研究和应用大多集 中在高强 昆凝土和高强受力钢筋 ， 而对于起抗剪和 约束作用 的箍筋研究较少 ， 尤其是在高强箍筋对高 强混凝土抗震性能改善方面的研究还远远不够【 。 针对在我国大量采用 的钢筋混凝土框架结构及其 他结构形式 ， 钢筋混凝土柱的抗震性能往往决定 了 整个建筑的安全性 。近年来的震害调查发现 ， 在严 重损伤和局部倒塌建筑中 破坏 主要是柱端的压弯 破坏。研究表明， 采用箍筋约束混凝土 ， 可改善混凝 土的脆性 ， 提高其强度 和延性 ， 可使结构的抗震性 能得到明显的提高 ； 目前 ， 建筑设计越来越趋于高 耸化 ， 轴压 比已成为框架柱设计的控制因素。因此 ， 迫切需要研究 高轴压 比下高强约束混凝土 的抗震 性能。为了进一步提高箍筋对混凝土的约束效果 。 本文针对高强箍筋 约束高强混凝土压弯构件 的抗 震性能 ， 通过低周反复水平加载试验研究高强箍筋 高强混凝 土柱 的破坏形态 、 破坏过程 、 滞 回性 能及 耗能能力 ， 并通过与普通强度箍筋约束混凝土柱的 对 比试验 ， 分析高强箍筋约束高强混凝 土压弯构件 的抗震性能。 1 试验材 料 与方 法 试验共制作 三组 6个悬臂 约束高强混 凝土方 一 5 6一 柱 截面尺寸为 2 5 0 m mx 2 5 0 m m， 柱高为 1 2 0 0 m m， 剪 跨 比为 4 0 ， 混凝土保护层厚度为 2 0 m m。为防止柱 顶部发生破坏 ， 柱顶设置 l O O m m箍筋加密区 ， 加密 区箍 筋 间距为 2 5 mm 柱下 部设底 座梁 。 设 计混凝 土 强度等级为 C 5 0，普通强度箍筋采用 HR B 4 0 0级热 轧钢筋 ， 高强箍筋 的屈服强度约 为 l 1 0 0 MP a ； 箍筋 形式为一笔画井字箍筋 ， 端部设 1 3 5 。 弯钩 ， 并深入 核心混凝土内部 6 0 m m：纵筋为 l 2根直径为 1 2 ra m 的 H R B 4 0 0级热轧钢筋 ， 均匀分布在截面周边 ， 纵筋 配筋率为 2 3 6 。考虑的影响因素主要包括箍筋强 度 、 箍筋间距及配箍率 ， 具体设计参数情况如下 ： ( 1 ) 箍筋强度 ： 4 0 0 MP a和 1 1 0 0 MP a 两种 ； ( 2 ) 箍筋 间距 ： 以 6 0 ra m和 8 0 mm为主 ， 其它 间 距 为 4 2 mm和 1 0 0 m m； ( 3 ) 轴压 比： 试验轴压比为 0 5 。 试件设计参数如表 l 所示。 混凝 土设计强度等级为 C 5 0 ，所有试件均采用 木模板立式振捣浇筑。试件采用混凝土一批浇筑完 成 ， 室外 自然条件下养护 2 8 d后进行试验 。试件浇 筑的同时 预 留 1 5 0 min x 1 5 0 mmx 1 5 0 m m标准立方体 试块三组 同条件养护 以试 验测定混凝 土材料 的 力学性能 。根据试验结果 ， 混凝土立方体抗压强度 平均值为 5 9 2 7 MP a ， 由立方体抗压强度可求得轴心 抗压强度平均值为 4 3 4 6 MP a 。 2破坏 过程 及形态 试验的试 件因剪跨 比相 同 ， 因此 ， 破 坏过程和 模式相似 只是随着箍筋间距的和箍筋强度 的变化 而使试件裂缝 的开展速度及破坏后承载力的下降 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 7期 2 o o 1 5 0 1 o 0 至 5 0 襄 0 - 5 0 一 l o o 一 1 5 0 2 o 0 5 0 4 0 3 0 2 O一 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 位 移 m m ( a ) - 6 0 5 0- 4 0 3 0 2 0 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 5 O- 4 O一 3 0 2 0 1 0 0 l 0 2 0 3 0 4 0 5 0 位移 m m ( b ) 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 o 位移 m m ( c ) 位移 m m 位移 mm ( d ) ( e ) 图 2 试件的柱顶剪力一 水平位移滞 回曲线 大 ， 耗能逐渐增加 ， 同时每级位移循环下 ， 后两次 的 承载力和刚度均 比第一 次略有 降低 ：峰值荷载之 后 ， 由于保护层开裂 、 剥落 ， 试件刚度降低 ， 承载力 略有下降， 个别试件下降较为明显 。 比较 图 2中高强箍筋试件 与普通强度 箍筋试 件 的滞 回曲线 ， 可 以看出 。 箍筋强度和配箍率均对 滞 回曲线有显著 的影响 相同配箍率情况下 采用 高强箍筋 的试件荷载循环次数 明显多于普通强度 箍筋试件 ， 滞 回曲线饱满 峰值 荷载后 曲线下 降较 为缓慢 ， 强度衰减慢 ， 变形能力大 ， 且达到极限位移 之后滞 回曲线仍较为稳定 ， 承载力没有 出现明显的 较大幅度的下 降， 即仍具有一定 的承载力和耗能能 力 ； 而普通箍筋试件 的荷载循环次数少 ， 强度 衰减 快 ， 变形能力差 ， 极限位移小 ， 试件 的延性和耗能能 力 明显较高强箍筋试件差 。， 因此 ， 采用高强复合箍 筋约束高强混凝土柱 ， 是提高高轴压下高强混凝土 柱延 性的有效措施 ，提高高强混凝土柱 的抗震性 能 。 4结 论 ( 1 ) 在高轴压 比下 ， 试件 的实测荷载一 位移滞回 曲线稳定丰满 。 体 现了 良好 的延性性能 、 耗能能力 和较强的抗倒塌能力 。 ( 2 ) 其它条件相同时 ， 箍筋 间距较 小的试件 。 骨 架 曲线下降较为缓慢 ， 循环次数多 ， 强度衰减慢 ， 变 形能力大 ； 将高强箍筋直径变细 ， 间距 变密 ， 即使在 一 58一 位移 m m ( f ) 较低的配箍率下 ， 试件 同样可以获得较好 的抗震性 能。 ( 3 ) 相同箍筋间距下 ， 高强箍筋试件 的延性 和 耗能能力优于普通强度箍筋试件 ， 由于高强箍筋的 直径更细， 所 以在相 同的延性要求下采用高强箍筋 可以降低用钢量 ， 更加经济。 参考文献 ： 1 】阎石，肖潇， 张日果 高强钢筋 约束混凝 土矩 形柱 的抗震 性能试 验研究 J 】 沈 阳建 筑大学 学报： 自然 科学版 ， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 1 ) ：7 2 K a z u h i r o K a w a s a G r a i n R e fi n i n g o f S t e e l b y I n d u c t i o n H e a t - t r e a t i n g J 2 0 0 6 ， 4 6 ( 3 ) ： 1 2 3 - 1 3 0 3 I s h i i T a k u m i O v e r v i e w a n d A p p l i c a t i o n o f S t e e l Ma t e r i a l f o r Hi g h - R i s e B u i l d i n g J J F E ， 2 0 0 8 ， 2 1 ： 1 - 7 4 青 山博之 ， 著 张川 ， 译 现代 高层 钢筋 混凝 土结构 设计 M】 重庆 ： 重庆大学 出版社 ， 2 0 0 6 5 】 山内太 之， 腾本盛久E t 本共 同大型耐震试 验研究【 C 】 建 筑学会大会演讲 6 6 徐伟栋 配置高 强钢筋 的混凝土柱抗 震性能研 究 D 】 上 海 ： 同济大学硕士学位论文 ， 2 0 0 7 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 5 2 7 作者简介 ： 蒋 明慧 ( 1 9 8 2 一 ) ， 男 ， 讲师 。 通讯地址 ： 德 阳市泰 山南路 8 0 1 号 联 系 电话 ： 1 3 9 7 51 8 9 6 6 3 E ma i l ： c i s r i l i v ec n 如 。 即 m l 一1 l 2 z 铺 挺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m