復合加固鋼筋混凝土短柱的抗震性能研究

賀志勇 武志超

復合加固鋼筋混凝土短柱的抗震性能研究

賀志勇 武志超

進行了 3根用混凝土和外包鋼板復合加固鋼筋混凝土短柱的抗震試驗研究,對其影響因素作了分析,試驗結果表明用混凝土和外包鋼板復合加固可有效提高鋼筋混凝土短柱的抗震性能。

鋼筋混凝土短柱,加固,抗震性能

1 試驗概況

1.1 試件設計

本次試驗共設計了 4個試件,其中 1個為對比試件,其余 3個為加固試件,試件呈工字形,短柱截面為方形截面,尺寸為 200mm×200mm,短柱縱筋為 4Φ20,箍筋為 φ6.5@100。試驗主要考慮的參數有：軸壓比,外包鋼板厚度,詳見表 1。

1.2 試驗加載

試驗荷載分豎向荷載和水平荷載。

試驗時,一次性施加豎向荷載到預定值,并在整個試驗過程中保持為定值。水平往復荷載由水平千斤頂施加。整個試驗過程中,以水平往復荷載和柱頂水平位移的滯回曲線監控。構件屈服(以滯回曲線的形態走向判定)前,按荷載控制,分級加載,構件屈服后,按柱頂水平位移控制加載。

表1 試件主要參數

1.3 試驗數據量測

對比柱在縱筋的根部、箍筋上粘貼應變片;加固柱除在縱筋的根部、箍筋上粘貼應變片外,考慮到對稱性,還在外包鋼板的底部、距底部 1/4柱凈高處、1/2柱凈高處的中間和角部粘貼應變花。水平荷載和位移傳感器,以及所有量測數據通過計算機控制數據采集系統記錄,并實時監測水平荷載—位移關系曲線以控制加載。

2 試件受力過程及分析

試件 3(軸壓比 n=0.24)的受力過程為：

先將軸力一次性加至 193.0 kN,在試驗過程中保持軸力不變,當推力P=100 kN時,柱根部出現少量水平裂縫,裂縫寬度為0.05mm,縱筋及箍筋應變呈線性增長,滯回曲線基本呈線性上升趨勢;隨著荷載的增加,當拉力達到P=140 kN時,柱側面根部出現兩條平行的 45°斜裂縫;當推力P=160 kN時,柱側面根部相對的位置也出現兩條平行的 45°斜裂縫;當拉力 P=160 kN時,柱側面出現貫通柱頭柱根的 45°裂縫,原有的裂縫加寬,試件頂點位移也增長迅速;當推力 P=180 kN時,柱側面出現相反的貫通柱頭柱根的 45°裂縫,與前一條貫通柱頭柱根的 45°裂縫相交,柱縱筋處混凝土出現縱向粘結破壞裂縫并伴有混凝土的爆裂聲,同時,箍筋應變驟增,并達到屈服,構件達到最大承載力;隨后荷載急速下降,短柱發生剪切破壞。

試件 1(加固柱)的過程和現象描述如下：

從施加水平力開始,試件 1的頂點水平位移與往復水平力一直呈線性關系,當推力P=280 kN時,短柱的頂點水平位移開始與水平推力呈非線性關系增加,從這時開始,加固短柱的剛度開始降低,當推力P=320 kN時,鋼板與柱頭、鋼板與柱基出現水平相對錯動,并在后加固混凝土短柱上表面出現少量可見裂縫,寬度約為 0.05mm,裂縫方向與短柱面垂直;當推力P=360 kN時,在加固柱受拉側鋼板下邊與柱基上表面間出現水平間隙,當推力P=460 kN時,荷載達到最大值,然后鋼板從焊縫處開裂,試件破壞。

其余加固柱的受力過程基本相似,最后均以鋼板焊縫開裂發生破壞。

3 骨架曲線及抗震性能評價

3.1 骨架曲線

骨架曲線是把滯回曲線中每次循環的荷載峰值點連接起來而成的,也就是滯回曲線的包絡線,骨架曲線能夠更直觀地反映構件的變形能力和延性性能。各試件的骨架曲線見圖 1。

從骨架曲線圖中可以看出,軸壓比和鋼板厚度對短柱的抗剪承載力及其延性性能有較大的影響。對比試件的骨架曲線可以直觀的看出：在其他參數相同的條件下,隨軸壓比系數的增大,試件的抗剪承載力提高,但試件的極限變形能力降低,且荷載達到峰值以后,其骨架曲線的下降坡度變陡,表明其延性變差;在其他參數相同的條件下,隨鋼板厚度的增加,試件的抗剪承載力提高,試件的極限變形能力增加,且荷載達到峰值以后,其骨架曲線的下降坡度變緩,表明其延性較好。

3.2 抗震性能評價

1)試件的延性。試件的實測位移延性系數見表 2。

表2 試件的實測位移延性系數

軸壓比和外包鋼板厚度對加固柱的延性均有影響,試件 1的延性較試件 3提高了 29%,試件 2的延性較試件 3提高了 39%,試件 4的延性較試件 3提高了 32%。在鋼板厚度相同的情況下,軸壓比小的試件的延性較軸壓比大的延性好,試件 4的延性較試件 1提高了 1.9%;在軸壓比相同的條件下,鋼板厚度大的試件的延性較鋼板厚度小的延性好,試件2的延性較試件 4提高了 5.3%。

2)試件的變形能力。試件 1、試件 2和試件 4的極限層間轉角比試件 3的分別提高了 2.5倍、3.25倍和 2.7倍。軸壓比相同的條件下,鋼板厚度大的試件的極限層間轉角較鋼板厚度小的大,試件 2比試件 4的極限層間轉角提高了 30%;鋼板厚度相同的條件下,軸壓比小的試件的極限層間轉角大,試件 4的極限層間轉角較試件 1的提高了 8%。

4 結語

通過對本試驗的試驗研究和理論分析,可以得出以下結論：1)采用混凝土與外包鋼板復合加固的方法,有效提高短柱的抗震性能,短柱的延性系數提高了 29%～39%;2)軸壓比的增加降低了加固柱的延性;外包鋼板厚度的增加提高了加固柱的延性;3)隨著外包鋼板厚度的增加,外包鋼板的強度發揮系數降低。

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Research on earthquake-resistant perform ance of short composite reinforced concrete colum n

HE Zhi-yong WU Zhi-chao

This paper carries on earthquake-resistant performance study on three short composite reinforced concrete column with concrete and external steel packed,it carries on analysis on its in fluential factors.Experiment resu lts show that：it can effectively improve theearthquake-resistant performance of shortsteel reinforced concrete column by applying concrete and external steel plate composite reinforcement.

short reinforced concrete column,reinforcement,earthquake-resistant performance

TU375.3

A

1009-6825(2011)03-0041-02

2010-09-27

賀志勇(1977-),男,碩士,工程師,山西省建筑科學研究院,山西 太原 030001

武志超(1977-),女,碩士,工程師,包鋼集團設計研究院土建科,內蒙古包頭 014010

巖土工程地基基礎