复合加固钢筋混凝土短柱的抗震性能研究

贺志勇 武志超

复合加固钢筋混凝土短柱的抗震性能研究

贺志勇 武志超

进行了 3根用混凝土和外包钢板复合加固钢筋混凝土短柱的抗震试验研究,对其影响因素作了分析,试验结果表明用混凝土和外包钢板复合加固可有效提高钢筋混凝土短柱的抗震性能。

钢筋混凝土短柱,加固,抗震性能

1 试验概况

1.1 试件设计

本次试验共设计了 4个试件,其中 1个为对比试件,其余 3个为加固试件,试件呈工字形,短柱截面为方形截面,尺寸为 200mm×200mm,短柱纵筋为 4Φ20,箍筋为 φ6.5@100。试验主要考虑的参数有：轴压比,外包钢板厚度,详见表 1。

1.2 试验加载

试验荷载分竖向荷载和水平荷载。

试验时,一次性施加竖向荷载到预定值,并在整个试验过程中保持为定值。水平往复荷载由水平千斤顶施加。整个试验过程中,以水平往复荷载和柱顶水平位移的滞回曲线监控。构件屈服(以滞回曲线的形态走向判定)前,按荷载控制,分级加载,构件屈服后,按柱顶水平位移控制加载。

表1 试件主要参数

1.3 试验数据量测

对比柱在纵筋的根部、箍筋上粘贴应变片;加固柱除在纵筋的根部、箍筋上粘贴应变片外,考虑到对称性,还在外包钢板的底部、距底部 1/4柱净高处、1/2柱净高处的中间和角部粘贴应变花。水平荷载和位移传感器,以及所有量测数据通过计算机控制数据采集系统记录,并实时监测水平荷载—位移关系曲线以控制加载。

2 试件受力过程及分析

试件 3(轴压比 n=0.24)的受力过程为：

先将轴力一次性加至 193.0 kN,在试验过程中保持轴力不变,当推力P=100 kN时,柱根部出现少量水平裂缝,裂缝宽度为0.05mm,纵筋及箍筋应变呈线性增长,滞回曲线基本呈线性上升趋势;随着荷载的增加,当拉力达到P=140 kN时,柱侧面根部出现两条平行的 45°斜裂缝;当推力P=160 kN时,柱侧面根部相对的位置也出现两条平行的 45°斜裂缝;当拉力 P=160 kN时,柱侧面出现贯通柱头柱根的 45°裂缝,原有的裂缝加宽,试件顶点位移也增长迅速;当推力 P=180 kN时,柱侧面出现相反的贯通柱头柱根的 45°裂缝,与前一条贯通柱头柱根的 45°裂缝相交,柱纵筋处混凝土出现纵向粘结破坏裂缝并伴有混凝土的爆裂声,同时,箍筋应变骤增,并达到屈服,构件达到最大承载力;随后荷载急速下降,短柱发生剪切破坏。

试件 1(加固柱)的过程和现象描述如下：

从施加水平力开始,试件 1的顶点水平位移与往复水平力一直呈线性关系,当推力P=280 kN时,短柱的顶点水平位移开始与水平推力呈非线性关系增加,从这时开始,加固短柱的刚度开始降低,当推力P=320 kN时,钢板与柱头、钢板与柱基出现水平相对错动,并在后加固混凝土短柱上表面出现少量可见裂缝,宽度约为 0.05mm,裂缝方向与短柱面垂直;当推力P=360 kN时,在加固柱受拉侧钢板下边与柱基上表面间出现水平间隙,当推力P=460 kN时,荷载达到最大值,然后钢板从焊缝处开裂,试件破坏。

其余加固柱的受力过程基本相似,最后均以钢板焊缝开裂发生破坏。

3 骨架曲线及抗震性能评价

3.1 骨架曲线

骨架曲线是把滞回曲线中每次循环的荷载峰值点连接起来而成的,也就是滞回曲线的包络线,骨架曲线能够更直观地反映构件的变形能力和延性性能。各试件的骨架曲线见图 1。

从骨架曲线图中可以看出,轴压比和钢板厚度对短柱的抗剪承载力及其延性性能有较大的影响。对比试件的骨架曲线可以直观的看出：在其他参数相同的条件下,随轴压比系数的增大,试件的抗剪承载力提高,但试件的极限变形能力降低,且荷载达到峰值以后,其骨架曲线的下降坡度变陡,表明其延性变差;在其他参数相同的条件下,随钢板厚度的增加,试件的抗剪承载力提高,试件的极限变形能力增加,且荷载达到峰值以后,其骨架曲线的下降坡度变缓,表明其延性较好。

3.2 抗震性能评价

1)试件的延性。试件的实测位移延性系数见表 2。

表2 试件的实测位移延性系数

轴压比和外包钢板厚度对加固柱的延性均有影响,试件 1的延性较试件 3提高了 29%,试件 2的延性较试件 3提高了 39%,试件 4的延性较试件 3提高了 32%。在钢板厚度相同的情况下,轴压比小的试件的延性较轴压比大的延性好,试件 4的延性较试件 1提高了 1.9%;在轴压比相同的条件下,钢板厚度大的试件的延性较钢板厚度小的延性好,试件2的延性较试件 4提高了 5.3%。

2)试件的变形能力。试件 1、试件 2和试件 4的极限层间转角比试件 3的分别提高了 2.5倍、3.25倍和 2.7倍。轴压比相同的条件下,钢板厚度大的试件的极限层间转角较钢板厚度小的大,试件 2比试件 4的极限层间转角提高了 30%;钢板厚度相同的条件下,轴压比小的试件的极限层间转角大,试件 4的极限层间转角较试件 1的提高了 8%。

4 结语

通过对本试验的试验研究和理论分析,可以得出以下结论：1)采用混凝土与外包钢板复合加固的方法,有效提高短柱的抗震性能,短柱的延性系数提高了 29%～39%;2)轴压比的增加降低了加固柱的延性;外包钢板厚度的增加提高了加固柱的延性;3)随着外包钢板厚度的增加,外包钢板的强度发挥系数降低。

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[2]JGJ 116-98,建筑抗震加固技术规程[S].

[3]万墨林,韩继云.混凝土结构加固技术[M].北京：中国建筑工业出版社,1995.

[4]程昌熟.外包钢筋混凝土加固柱正截面承载力理论分析[D].长沙：湖南大学硕士学位论文,2003：3-4.

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

贺志勇(1977-),男,硕士,工程师,山西省建筑科学研究院,山西 太原 030001

武志超(1977-),女,硕士,工程师,包钢集团设计研究院土建科,内蒙古包头 014010

岩土工程地基基础