混凝土延性柱耗能器抗震性能试验分析

陶振彬 陈礼刚

(青岛理工大学,山东青岛 266033)

混凝土延性柱耗能器抗震性能试验分析

陶振彬 陈礼刚

(青岛理工大学,山东青岛 266033)

混凝土在建筑工程中有着非常重要的意义,为了保证建筑工程的质量,施工的过程中,必须对混凝土的施工引起重视。本文结合本人的工作经验,主要就混凝土延性柱耗能器抗震性能的试验展开相关论述。

混凝土 抗震性能 延性柱 耗能器

1 前言

近几年来，随着我国社会经济的不断发展，我国的建筑行业也得到了一定发展，于是混凝土在建筑施工中得到了越来越广泛的应用，相关人员为了对结构主体材料与耗能装置的不同、设计分析专业性强且需定期维护的缺点进行有效克服，于是研究出了一种新型耗能装置——混凝土延性柱耗能器。为了使此装置能在建筑工程中得到更好的应用与推广，本文主要就此装置的抗震性试验作以下分析。

2 混凝土延性柱耗能器抗震性能试验方案

2.1 试件类型

根据强剪弱弯构件的形式对钢筋混凝土延性柱耗能器进行设计，此外，为了使其延性得到一定提高，还以加密形式为其配置箍筋[1]。试件主要包括3个延性柱耗能器试件，其中每个延性柱试件的高度为90cm，根数则均为3，表1为各试件的编号与类型的具体情况：(表1)

2.2 钢筋材料的力学性能

使用型号为C40商品混凝土材料制作此试件，此试件的立方体抗压强度值为56.3MPa，表2为此试件所使用的钢筋材料力学性能的具体情况：(表2)

2.3 加载方法

(1)试验过程中，构件边界条件的具体情况设为：把延性柱耗能器的底端进行有效固定，然后以水平方式在其顶端所在位置进行反复加载，并对顶端竖向千斤顶的压力进行适当调整，以使顶端始终保持平动状态[2]。

(2)加载顺序：先向竖向施加荷载(在实际结构中，延性柱耗能器所负担的竖向荷载通常是比较小的，因此，把轴压之间的比设为0.1)，接着再向其施加水平方向的荷载，具体的施加方法如下：在延性柱主筋屈服之前，通过位移计荷载的共同作用来对水平荷载进行控制，当延性柱主筋屈服之后，再通过位移对其进行控制，此时，同一位移下需循环两次，直至荷载下降至最大荷载的85%以下才结束试验。

3 结果及相关分析

3.1 试件破坏过程及破坏形态

(1)当荷载力度逐渐增大到一定程度后，延性柱的根部就会慢慢出现水平裂缝，当水平位移有所增加后，就会逐渐有多条斜裂缝和水平裂缝出现，且它们都会逐渐靠近延性柱中间所在位置[3]。

(2)当延性柱耗能器试件在水平荷载达到最大时，试件的水平位移通常会大于45mm，此时，试件保护层中的混凝土已受到比较严重的破坏。接着压区所在位置的混凝土又会随着水平位移的逐渐增加而受到一定破坏，此时，为了对其进行有效保护，于是密配复合箍筋对其进行约束，从而使后期的承载力出现了比较平缓的下降，因此，构件的延性是比较好的。

(3)三根延性柱所受到的破坏程度及形态基本相同，三者共同作用，使整个构件表现出了较好的性能。各试件在最大水平荷载时开裂的具体情况见图1。

3.2 骨架曲线

对试件进行荷载试验后，于是把其变形曲线中各加载级第一循环峰点进行连接，于是得到试件的骨架曲线，对其进行详细分析可知，承载力最小的是试件RCC-3，而试件RCS-3和试件RCSX-3的承载力则基本相同；此外，整个骨架曲线的下降及上升趋势都基本一致，试件屈服后，其刚度的退化速度及荷载的下降速度都比较缓慢。试验结束时，试件的最大位移为92mm，也就是说，试件的最大位移为其延性柱高度的1/10。

3.3 滞回曲线

通过对三个试件的水平力p-水平位移△滞回曲线(△表示试件和水平荷载加载点在同一高度时的水平位移)进行分析可知，各试件的耗能性能都比较强，且滞回环也都比较饱满[4]。另一方面，在加载的过程中，试件RCSX-3上部所在位置的刚性支座一端发生开裂现象，从而使水平位移达到50mm后只能以负向方式加载，而不能以正向方式进行加载。

3.4 等效钻滞阻尼系数

通过对试件的等效粘滞阻尼系数进行分析可知，试件顶端所在位置的水平位移大于屈服所产生的水平位移，此时试件的等效粘滞阻尼系数(h)呈比较迅速的上升趋势，此外，试件的耗能性能在此时也出现一定增加[5]。

3.5 位移延性系数

通过对此试件的水平位移和延性系数进行详细分析可知，试件RCC-3的延性系数为4.56～4.81，而试件RCSX-3和试件RCS-3的延性系数则大概一致，均为5.61～6.84，由此可知，三个试件的延性都比较好。但和其他两个试件不同的是，试件RCC-3的试验屈服较大，因此，相对而言，其延性系数也会比较小。

4 结语

本研究通过对RCC-3、RCSX-3、RCS-33个混凝土延性柱耗能器试件进行试验分析，主要得出以下结论：

(1)混凝土延性柱耗能器荷载有着比较饱满的位移滞回曲线，其所具备的耗能性能是比较可靠的，因此，其在抗震方面的性能也是比较可靠的。

表1 试件编号与类型

表2 钢筋材料的力学性能情况

(2)当延性柱耗能器达到最大承载力后，其荷载的下降速度就会有所延缓，因此，其抗震性能具备一定的稳定性及安全性，一般而言，其最大位移可达到柱高的1/12～1/9。

图1 各试件在最大水平荷载时的开裂情况示意图

(3)混凝土延性柱耗能器各单柱的变形及所受到的破坏形态都基本相同，由此可知，它们在工作中有着较好的协调性。

(4)延性柱耗能器试件在屈服后，其等效粘滞阻尼系数(h)会随着位移的增大而出现迅速的增大现象。

(5)延性柱耗能器有着较大的延性系数，因此，其构件通常也具备较好的延性。

通过上述结论可知，试件所受到的破坏程度、骨架曲线以及等效钻滞阻尼系数等因素都与其抗震能力有着非常密切的联系，本研究主要就相关试验作了简要分析，以进一步促进此装置在混凝土建筑工程施工中的有效运用，并以此为相关研究提供参考。

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