圆形截面高强混凝土柱抗震性能试验研究_阎石

2006年07月第22卷第4期 沈阳建筑大学学报(自然科学版)

JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)

July 2006Vol 22,No 4

文章编号:1671-2021(2006)04-0538-05

圆形截面高强混凝土柱抗震性能试验研究

阎 石,张曰果,王旭东

(沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳110168)

摘 要:目的研究圆截面高强混凝土柱的抗震性能和破坏机理,以提高建筑结构的抗震性能.方法通过6根配有强度等级为1420MPa的预应力钢棒作箍筋及纵筋、混凝土强度等级分别为C90和C60的高强混凝土圆截面柱,在低周反复荷载下的模型试验,研究了轴压比、箍筋(包括含箍特征值、箍筋间距、箍筋种类)、纵筋和混凝土强度等级等参数对抗震性能的影响.结果试验明确了C90和C60高强混凝土圆截面柱的破坏机理.通过对配置的PC钢棒作箍筋和部分作纵向受力筋的高强混凝土柱的位移延性比与轴压比和含箍特征值关系的经验计算公式的计算,并与实测值相比较,二者吻合良好.结论试验证明,配置PC钢棒作箍筋和部分作纵筋可明显改善高强混凝土圆截面柱的延性性能和抗震能力.

关键词:高强钢筋;高强混凝土圆截面柱;延性;抗震性能中图分类号:TU352 1 文献标识码:A

对于高强度混凝土和高强度钢筋,其变形能力随着强度的提高逐渐降低,这对建筑结构的抗震性能是非常不利的,在地震区往往限制使用.但材料的脆性大并不意味着由其制作的钢筋混凝土结构或构件的变形能力就差,只要通过合理的配筋及适当的构造处理,如通过配置高强度横向钢筋和部分配置高强度纵向钢筋,增强对核芯高强混凝土的约束作用以此来提高其变形能力,仍然能够满足结构抗震要求.笔者在矩形截面柱抗震性能试验研究的基础上[1-3],研究了配有预应力钢棒(简称PC钢棒)的高强混凝土圆形截面柱的抗震性能和破坏机理,进行了6个模型试件的低周往复试验研究.结果表明,配有PC钢棒的高强混凝土框架柱的抗震性能有明显的提高.拓宽了该技术在国内的应用和研究范围[4-12].

规范 (GB5001-2001)的规定,按1/2缩尺设计而成,试件的尺寸及配筋如图1所示,设计参数见表1,其中:Dsv表示箍筋直径,S表示箍筋间距.试验前首先进行材料试验,测得C60和C90立方体强度分别为68 71MPa和93 13MPa,棱柱体强度平均值分别为49 15MPa和76 38MPa.1 2 加载装置及加载制度

试验前,首先进行设备的连接:竖向2000kN油压千斤顶上端安装在水平滑板上,千斤顶下端与压力传感器相连,并将千斤顶加载端与柱顶球铰对中;柱顶采用300kN双向油压千斤顶施加水平力,千斤顶前连接拉压传感器,试验采用U-CAM-70A数据采集仪,采集、存贮数据,并自动绘出P- 滞回曲线.预加载,检查仪器和设备是否正常工作.采用图2所示的加载制度.

1 试验概况

1 1 试件设计及材料性能

试验采用的6个试件是按照 建筑抗震设计

2 试验分析

2 1 试件破坏特点分析

试件加载的前两个循环,由于施加的水平力

收稿日期:2005-12-25

基金项目:辽宁省教育厅基金项目(2004D246);沈阳市科学技术计划项目(1032045-3-01)作者简介:阎石(1962-),男,教授,博士生导师,主要从事混凝土结构抗震研究.

第22卷阎 石等:圆形截面高强混凝土柱抗震性能试验研究

表1 试件设计参数

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试件编号123456

混凝土强度等级C90C90C90C90C90C60

设计剪跨比3 493 493 493 493 023 02

设计轴压比0 3420 3420 3420 4790 2950 295

D/mm7 17 17 17 17 18

箍筋

间距/mm体积配箍率/%

507050505050

1 3800 9871 3801 3801 3801 752

纵向钢筋D/mm10 7/1210 7/1212121212

配筋率/%1 951 952 182 182 182

18

突降.随着加载循环的进行,水平裂缝及竖向裂缝均不断增多和发展,保护层混凝土不断脱落,继续循环加载,随裂缝的不断积累和保护层的大量剥

落,柱的承载力逐渐下降.当加载循环至3 y后,柱承载力迅速下降,柱根部混凝土破坏严重.试件的破坏形态见图3.

试件1和试件2的纵向钢筋配筋率略低于其他试件,但这2个试件的截面中均配置了部分高强度纵向钢筋 PC钢棒,同样加载至2 y循环时,柱根部的破坏程度却低于其余4个试件.

由实测纵向钢筋的应变及混凝土的应变可知试件3、试件5和试件6,当内力臂最大的纵向钢

图1

试件尺寸及配筋图

筋屈服时,受压区最外边缘混凝土纤维的压应变均小于混凝土极限压应变,试件的破坏始发于纵向钢筋的屈服,为典型的受拉破坏形态.而对于试件1、试件2由于内力臂最大的纵向钢筋为PC钢棒,由实测数据可知,当截面边缘混凝土纤维达到其极限压应变时,PC钢棒尚未屈服,根据偏压构件破坏形态理论应定义为受压破坏,但此时PC钢棒的拉应变却已经大于HRB335钢筋受拉屈服应变,试件的变形能力优于其他试件.对于试件4由于轴压比的增大,其破坏特点表现为受压破坏.2 2 试件的滞回特性

本次试验由UCAM-70A数据采集仪自动绘出的P- 实测滞回曲线,如图4所示

.

图2 加载制度

较小,试件的侧移不大,处于弹性工作状态.到第3次加载循环时,可听见混凝土开裂响声,柱根部出现水平裂缝及竖向短小裂缝,P- 曲线斜率

图3 试件破坏形态

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沈阳建筑大学学报(自然科学版)第22卷

图4 试件滞回曲线

从图5P- 关系曲线可见,当所施加的水平荷载较小时,即最初的1~3个循环加载时,P- 关系呈线性变化,试件基本处于弹性工作阶段.屈服荷载以前,加载和卸载刚度都没有明显变化.屈服荷载以后,加载与卸载刚度逐渐降低,并且这种刚度的降低随着加载循环次数的增加而加大,呈现出明显的刚度退化现象.滞回曲线也因试件刚度退化而产生 超前指向 现象.

由试件的滞回曲线及试验数据可以看出,当水平荷载达到最大值后,卸载段位移的变化表现出明显的滞后现象.试件屈服后,由于轴向力的P- 效应,当位移增量达到一倍的 y而卸载时,虽然水平力在缓慢降低,但柱根部截面所受到的总弯矩却变化不大,位移变化滞后于水平力变化,使试件位移仍保持一定增长趋势,从而使试件在该级加载下的实际位移大于 y,产生位移滞后现象.另外,从滞回曲线中可以看出,卸载到一定程度后,低轴压比试件的水平荷载变动不大,位移减小却很快,产生近似水平的滑移段;高轴压比试件水平位移滑移段则较小.

2 3 影响试件延性的主要因素分析2 3 1 试件的位移延性比

本次试验6个圆截面试件的延性性能用位移延性比 来衡量,位移延性比 由如下方法确

定:按正、反向P- 滞回曲线的骨架线,取水平荷载下降到最大值的85%时所对应的位移为极限位移;按R Park法确定屈服位移[11];根据位移延性系数的定义,两者相除,并用正、反两个方向分别计算延性系数,取平均值,得出位移延性比,结果列于表2.

2 3 2 试件延性影响因素分析

(1)轴压比对延性的影响

试验证明轴压比是影响构件延性的主要因素,轴压比越高,构件的延性越小.试件3和试件4仅轴压比不同,从其滞回曲线骨架线图5中看出,轴压比大的试件骨架曲线的下降段比轴压比小的试件陡,但最大承载力略高.说明轴压比的增大尽管提高了试件的水平极限承载力,但却降低了试件的延性.

(2)箍筋对试件延性的影响1)含箍特征值的影响

试件1和试件2轴压比相同,但由于箍筋间距不同导致它们的含箍特征值相差较大.从图5可看出,含箍特征值大的试件,其骨架线较平 …… 此处隐藏：6421字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……