CRB550級鋼筋約束混凝土柱抗震性能研究

呂洪峰

摘 要：CRB550級鋼筋在建筑行業有著重要的應用效果，對于我國現代經濟的發展有著重要的意義。本文基于對CRB550級鋼筋約束混凝土柱抗震性能的研究，對CRB550級鋼筋建造的不同鋼材、所采用的鋼筋壓軸比、縱筋配筋率及直徑等不同的鋼筋的指標進行對比分析，同時對鋼筋在低周反復水平荷載下的使用效果進行有效的模擬靜力試驗。在全部的試驗過程中，一共安排了三種等級的試驗強度：HRB335、HPB235和CRB550，針對這三種等級進行混凝土柱的能量消耗能力分析及骨架曲線的對比，進而得出CRB550級鋼筋的約束混凝土柱的抗震性能為最優的，可以充分地滿足現代建筑行業的使用要求，同時也可以達到有效地節省建筑材料的使用。滿足當代節能的要求，為實現國家的更好、更快發展作出更大的貢獻。

關鍵詞：CRB550級鋼筋；約束混凝土柱；抗震性能

中圖分類號：TU375.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0136-02

CRB550級鋼筋作為當今建筑行業中使用最為廣泛的材料，是在HPB235級鋼筋的基礎上進行冷加工而得到的新型鋼筋，在性能和使用效果上有著較大的優越度。一般而言，CRB550級鋼筋同HPR235級鋼筋在強度方面提升了極大的百分點，在進行設計和構造方面可以減少施工人員的施工壓力，為建造者節省約35%左右的鋼筋，為節約能源及環保事業作出了極大的貢獻，對于社會主義現代化的發展有著重要的意義。同時，由于CRB550級鋼筋一般以分布筋在剪刀墻中進行使用，可以極大地提升該建筑物的抗震性能，為同級鋼筋在混熟混凝土柱抗震性能的研究中提供了相當多的依據。

1 混凝土柱抗震性能研究中的性能指標

1.1 混凝土柱抗震性能試驗的初步設計

在試驗之初，首先要確定合適的試驗方案，為抗震性能研究奠定基礎。因而必須要選擇足夠數量的混凝土柱，根據不同的面積進行分組，同時對其進行低周反復水平荷載的檢測試驗，研究不同強度、截面面積與間距的鋼筋指標對于混凝土柱抗震性能的挺像，從而得到CRB550級鋼筋約束混凝土柱抗震性能的結果。同時，采用C30強度等級的混凝土，其軸壓比大致可以分為三種：0.9、0.8、0.7，鋼筋的直徑大約是17mm與21mm。為保證實驗結果的可靠性，鋼筋的配筋率必須要維持在0.9%到3.0%之間。對于有限元參數應當以以下四個方面為主要的依據進行選擇：單位選取、加載方式、網絡劃分、邊界條件，這對于最終試驗結果的可靠性有著直接的影響。在該試驗中使用的單位選取主要是Nonlioear Beam Column單元，通常以所控制截面的矩陣剛度與抗力為主要依據，使用國際上常用的Gauss-Lobatto積分方法，可以輕松地得到所需要的單位截面的相關數據，進而得出所控制剛度變化的數據。另外，這個單位是在柔度法理論的基礎上建設的，所使用的函數為力插值函數，其主要原理是基于常用的單元控制方程的平衡條件：不管單元分布荷載進行何種變化，假定一個內力分布，桿件在任何狀態下都可以嚴格滿足。網絡劃分作為以纖維單元為主要工具的混凝土柱有限元分析指標，纖維單位的劃分同試驗結果的聯系十分密切，因而在進行纖維劃分與截面中的纖維數目設置的過程中，必須要選擇合適的數量進行試驗。如果所使用的纖維過多的話，就會對網絡劃分的結果出現計算上的精度錯誤；如果所使用纖維劃分的數目過多的話，即使可以對計算結果的精確度得到提升，但在某種程度上也會導致試驗的計算成本得到增加，造成對資源的極大浪費。以邊界條件為例，本次試驗中只涉及到二維空間，因而可以依據使用的有限元模型的相關試驗條件，將鋼筋混凝土柱的根部設置為固定端，在根部選擇1個合理的轉動自由度與2個可使用的平動自由度，只要將這3個自由度進行約束，就可以使根部的固接命令得到有效的實現。對于有限元模型所使用的加載方式往往是低周往復位移控制方式，同時在試驗過程中也要根據試件軸壓比的差別，選擇合適的豎向荷載進行試驗，豎向荷載的所有加載步都是使用力控制，進行水平力施加過程是以屈服位移值為基礎分級進行的。在進行加倍施加時，應當每三個循環過程之后，將控制的加載步進行0.1mm的位移。

1.2 混凝土柱的控制準則

混凝土柱在不同的狀態下，所使用的控制準則也是有所區別的，因而所設計的抗震方法也要進行區別設計，同時這個區別必須要得到嚴格的控制。混凝土柱在地震過程中的考驗指標為承載力與變形極限，同時也可以將之叫做屈服狀態與極限狀態。在當前的抗震規范中有準確的三個要求來約束建筑物水準，大致可以分為：大震不倒、中震可修、小震不壞，這三個要求是以混凝土柱的性能狀態和受力情況來進行區分的。混凝土柱在實現屈服狀態前，其中的混凝土會因為受到拉力而出現開裂，鋼筋也會一直處于彈力受拉的情況中，但在這個狀態中混凝土柱一直處于完好的狀態下，因而這個狀態下的鋼筋混凝土柱可以成為小震下的狀態；如果混凝土柱在使用過程中遭到嚴重破壞，其承載力會得到急速下降與彈塑性的變形能力達到極限，此時混凝土柱的狀態為大震下性能狀態；而中震時混凝土柱的性能狀態是處于大震和小震之間的狀態，因而此時可以將混凝土柱的水平力在峰值時的狀態看作中震下構混凝土柱的變形，但是一般情況下，中震下混凝土柱水平力無法達到峰值狀態，因而可以選擇0.8為系數，也就是將水平承載力峰值的變形狀況的0.9倍和大震狀態下混凝土變形狀況的0.5倍作為中震下混凝土柱的塑壓變形范圍，也就是混凝土柱在中震條件下對應的狀態。

1.3 選擇合適的混凝土柱變形指標

在水平荷載作用下，鋼筋混凝土柱的變形度越大，其在使用過程中彈塑性的發展情況與受到的破壞程度會出現愈發嚴重的狀況，因而混凝土柱變形指標應當采用與混凝土柱的變形狀況有關的一部分變量，從而更好地反映出混凝土柱在使用過程中的性能狀態。

2 混凝土柱抗震性能的研究

2.1 設計分析和對比混凝土柱骨架曲線

混凝土柱骨架曲線作為低周往復荷載條件下的滯回曲線峰值點所形成的連線，其在大多數情況下，同單調加載時的荷載-位移曲線處于十分相似的狀態。另外，大量的試驗結果可以說明，在拉扯強度相同的條件下，CRB550級鋼筋混凝土基于其直徑較小的優點，表現出的力學性能也會比普通的鋼筋混凝土柱更好。另外，在對于其余組強度與剛度在退化狀況的研究可以表明：這種結論有著極高的準確性。在試驗中，部分混凝土柱會因為縱向鋼筋的拉扯斷力度過大而出現承載力大幅下降的情況，因而得到的骨架曲線在達到極限荷載之后會出現了極大的下降趨勢，呈現出的曲線處于比較陡峭的狀態。

2.2 混凝土抗震性能的研究結果

通過低周往復加載試驗可以得出：伴隨著試驗中所控制位移的不斷增大，混凝土柱的耗能系數會呈現出先增大、后減小的狀態；當混凝土柱的耗能系數呈現在1.0到2.0的狀態之中時，混凝土柱會表現出良好的耗能性狀態；耗能系數會因為混凝土柱的屈服位移表現出的不同狀態而出現不同，最終的模擬出的曲線會表現出良好的吻合效果，因而CRB550級鋼筋約束混凝土柱的抗震性能是十分優異的。通過以上的研究結果可以得出，對于不同強度等級的混凝土柱進行剛度退化、承載力和耗能性能等抗震性能的測試之后，CRB550級鋼筋在使用時可以得到有效的使用建議：鋼筋的使用直徑應當得到適當的減小，但也必須要滿足國家規定的《混凝土結構設計規范》要求。

3 結語

基于上述試驗，可以對不同鋼材的混凝土柱的抗震性能得到有效的分析，以CRB550級鋼筋為主要材料約束混凝土柱的抗震性能是最好的，這主要是因為CRB550級鋼筋的直徑與HPB235和HRB335級的鋼筋相比處于更小的狀態，同時在相同條件下，三種級別的鋼筋在耗能能力、剛度和承載力方面并不存在明顯的差異并且可以輕松地滿足相應規范各項指標的要求，表現出良好的抗震性能。因而使用CRB550級鋼筋可以極大地減少鋼筋的使用量，有效地實現節約能源的目的，為國家發展作出更大的貢獻。

參考文獻

[1]王震宇，吳波.林少書香港地區鋼筋混凝土框架柱的抗震性能試驗研究[J].哈爾濱建筑大學學報，2001，（01）：6-11.

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