配置HRB500钢筋的混凝土异形柱抗震性能试验研究.pdf
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1、第 3 9卷第 3期 2 0 1 3年 6月 四川建筑科学研究 S i e h u a n B u i l d i n g S c i e n c e l 61 配置 H R B 5 0 0钢筋的混凝土异形柱抗震性能试验研究 戎 贤 , 张健新 , 李艳艳 ( 1 河 t , - r 业大学土木工程学院, 天津3 0 0 4 0 1 ; 2 河北省土木工程技术研究中心 , 天津3 0 0 4 0 1 ) 摘要 : 通过对4根 + 形和4根 T形配置 HR B 5 0 0钢筋的混凝土异形柱试件进行低周往复荷载试验 , 对比分析了试 件的破坏特征、 承载能力、 位移及延性、 滞回特征、 刚度退化、
2、 耗能能力及累积损伤等抗震性能指标 , 研究轴压比和 配箍特征值对高强钢筋混凝土异形柱抗震性能的影响。研究表明: 试件的破坏形态为弯曲剪压型; 随着轴压 比的 增加, 试件的极限承载力提高, 但试件的变形能力和延性降低, 刚度退化加快 ; 增大配箍特征值, 提高了试件的开裂 荷载、 变形能力及延性, 改善了试件的滞 回特性, 减轻了试件的累积损伤程度。研究结果为配置高强钢筋的混凝土 异形柱结构设计提供了参考。 关键词 : 异形柱; HR B 5 0 0钢筋; 低周往复荷载; 抗震性能 中图分类号 : T U 3 7 5 3 文献标志码 : A 文章编 号 : 1 0 0 8 1 9 3 3 (
3、 2 0 1 3 ) 0 31 6 1 0 5 Ex p e r i me n t a l r e s e a r c h o n s e i s mi c b e ha v i o r o f HRB5 0 0 RC s pe c i a l l y s h a pe d c o l u mn s RO NG Xi a n 【 , Z HANG J i a n x i n 。 L I Ya n y a n ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g , He b e i U n i v e r s i t y o f T e c h
4、 n o l o g y , T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 , C h i n a ; 2 C i v i l E n gi n e e r i n g T e c h n o l o gy R e s e a r c h C e n t e r o f H e b e i P r o v i n c e , T i a n j i n 3 0 0 4 0 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Ba s e d o n t h e l o w c y c h c l o a d i n g e x p e ri me n t s o n f o
5、 u r c r o s s - s h a p e d a n d f o u r T s h a p e d s p ec i a l l y s h a p e d c o l u n l n s , t h e r e s u l t s i n t e r m s of d a ma g e c h a r a c t e ri s t i c, b e a r i n g c a p a c i ty,d i s p l a c e me n t and d u c t i l i ty, h y s t e r e t i e c h a r a c t e ris t i c
6、, r i g i d i t y d e g r a d a t i o n , e n e r g y d i s s i p a t i o n and a c c u mu l a t ed d a ma g e a re c o mp e d T h o s e e ff e c t s o n s e i s mi c b e h a v i o r o f HR B 5 0 0 RC s pec i a l l y s h a ped c o l u mn w e r e ana l y z e d s u c h a s t h e a x i a l c o mp res s
7、 i o n r a t i o a n d s ti r r u p c h a r a c t e ris t i c v alu e Wi t h t h e i n c r e a s e o f a x i al c o mp res s i o n r a t i o, t h e b e a r i n g c a p a c i ty of HR B 5 0 0 R C s p e c i a l l y s h a p e d c o h l m n s i s b i g g e r w h i l e t h e d e f o r m a t i o n c a p a
8、 c i t y a n d d u c t i li t y are w o rs e a n d ri gi d i t y d e g r a d a t i o n i s f ast e r Wi t h t h e i n c rease o f s ti r r u p c h a r a c t e ri s ti c v a l u e , t h e c r a c k i n g l o a d , d e f o r ma t i o n c a p a c i t y a n d d u c t i l i ty o f s p e c i me n s i s b
9、i g g e r , t h e h y s t e ret i c c h a r a c t e ri s t i c i s i mp r o v e d and t h e d e g r e e o f acc u mu l a t e d d a ma g e i s li g h t e n e d T h e c o n c l u s i o n s of HRB 5 0 0 RC s p ec i a l l y s h a p ed c o l um n c a n b e r e f e r e n c e s f o r s t ruc t u r a l d e
10、s i g n Ke y wo r d s : s p e c i a l l y s h a p e d c o l um n; HRB S 0 0; l o w c y c l i c l o a d i n g ; s e i s mi c b e h a vio r 0 引 言 H R B 5 0 0钢筋由于具有提高构件强度、 降低用 钢量以及减少构件截面尺寸等优点 , 在 国外 已得到 广泛应用 , 其在钢筋混凝土梁柱 中应用的试验研 究已 经 取 得 了 成 果 引, 也 被 列 入 新 修 订 的 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 ( 混凝土结构设计规范 中。异形柱
11、结构体系由于具有良 好的建筑功能而在国内得到广 泛应用, 天津大学 J 、 河北工业大学 J 、 华南理工 大学 】 及同济大学- 1 等研究单位对普通钢筋混凝 收稿 日期 : 2 O 1 2 1 5 作者简介: 戎贤( 1 9 6 5 一 ) , 男, 教授, 博士, 研究方向: 结构抗震。 基金项 目: 河北省 自然科 学基金 项 目( E 2 0 1 1 2 0 2 0 1 3 ); 河北 省建设科 技研究计划( 2 0 1 2 2 0 2 7 ) Ema i l : z h a n g j i a n x i n S 0 5 1 2 6 c o rn 土异形柱结构体系进行了较为系统的研
12、究。然而由 于缺乏配置 H R B 5 0 0钢筋的混凝土异形柱结构及构 件的试验资料, 其在异形柱结构中的适用性尚未明 确。为推广 H R B 5 0 0钢筋在异形 柱结构 中的应用 , 对配置 H R B 5 0 0钢筋的混凝土异形柱试件进行相同 条件下的低周往复荷载试验, 对比研究其抗震性能。 试验结果可作为 J G J 1 4 9 -2 0 0 6 ( 混凝土异形柱结构 技术规程 修订的参考。 1 试验概 况 试验共设计了8 根 1 2 缩尺的异形柱试件, 其 中4 根 + 形和4根 T形, 试件设计参数见表 1 。混 凝土强度等级为 C 5 0 , 保护层厚度为 1 5 m m, 立
13、方体 抗压强度实测平均值为5 1 6 M P a , 轴心抗压强度实 测平均值为3 1 6 M P a , 弹性模量为 3 3 5 G P a 。试件 2 0 1 3 N o 3 戎贤, 等: 配置 H R B 5 0 0钢筋的混凝土异形柱抗震性能试验研究 1 6 3 在弹性 阶段 , 腹板 和翼缘出现许多微小水平裂 缝 , 随着荷载的增加, 水平裂缝不断延伸扩展 , 并伴 随着斜裂缝 的出现 , 当钢筋屈服 , 滞 回曲线 出现残余 变形 , 试件开始进入弹塑性 阶段。裂缝宽度不断增 大, 数量不断增多 , 出现贯穿交叉裂缝 , 受压 区混凝 土呈龟裂状, 剪压区不断减小, 混凝土保护层不断
14、脱 落, 试件达到最大承载能力, 此后荷载不再增加而变 形继续增加直到纵筋屈曲、 腹板柱底混凝土压碎 , 试 件破坏。 随着轴压 比增大 , 推迟了裂缝 的产生和柱底塑 性铰的出现, 提高了试件的承载力, 但混凝土压溃程 度严重, 表明轴压力对增加混凝土剪压区高度、 改善 骨料的咬合作用、 推迟裂缝的产生等有有利影响。 随着配箍特征值的减小 , 斜裂缝 的产生较早 , 裂缝宽 度增加 , 柱底混凝土压溃程度更严重 , 承载力也有所 降低 。 3 试验结果分析 3 1 承载力、 位移及延性 试件 的荷载、 位移、 位移延性系数及弹塑性位移 角见表 2 。其中, 屈服荷载通过等面积法确定, 破坏
15、位移为骨架曲线 上荷载下降到极 限荷载 的 8 5 时 对应 的位移, 位移延性 系数是破坏位移与屈服位移 的比值, 弹塑性位移角是破坏位移与试件净高的比 值。 表 2 试件承载力、 位移及延性 Ta b l e 2 Be a r i n g c a p a c i t y,d i s p l a c e m e n t a n d d u c t i l i t y c o e ffi c i e n t o f s p e c i me n s 从表 2中可 以看出, 随着配箍特征值的增加 , + 形柱的开裂荷载平均值逐渐提高, Z T 1 的开裂荷载 平均值比Z T 3的提高 7 4 ,
16、 Z T 2的开裂荷载平均 值比Z T 3的提高 1 9 4 。表明加密箍筋可以延缓 试件斜裂缝的产生。同时, 配箍特征值大的试件, 一 般试件的极限位移和破坏位移也大 , 表 明增大配箍 特征值增加了试件的变形能力。随着轴压比的增 大, 正反向加载时开裂荷载的非对称性减小, + 形和 T形柱的极限荷载平均值均增加约 l 5 k N, 试件的承 载能力提高; 试件的屈服位移和破坏位移减小, 试件 的变形能力降低。随着轴压比增加和配箍特征值增 加, 试件的弹塑性位移角变大, 其平均值在 1 3 0 1 1 9之间 , 满足 J G J 1 4 9 -2 0 0 6 混凝土异形柱结构 技术规程 中
17、规定的在罕遇地震作用下弹塑性层 间 位移角限制为 1 6 0的设计要求。T形柱正 向加载 的极限承载力大于反 向的极 限承载力, T形柱的反 向加载时的延性系数大约是正向延性系数 的 7 0 , 反向的弹塑性位移角也大于正 向的, 表 明 T形柱反 向的延性较好。 3 2 滞回特性 结构在低周往复荷载作用下滞回曲线是其抗震 性能的综合体现, 是评价结构抗震性能的重要指标。 试件柱顶水平荷载一 位移滞回曲线如图4所示。总 体来看, 在加载初期, 滞回环面积很小, 呈梭形; 试件 l 6 4 四川建筑科学研究 第 3 9卷 开裂 以后 , 滞 回环 面积变大 , 出现残余 变形 ; 在纵筋 屈服后
18、, 滞回环面积继续增大, 发展到弓形, 刚度退 化加快; 随着荷载的继续增加, 滞回环逐渐过渡到 s 形; 最后试件的强度和刚度骤降, 试件破坏。 在加载初期 , 所有试件正反向的滞回曲线基本 对称 ; 加载后期 , +形试件的滞 回曲线对称性较好 , 位移 mm ( a ) Z I 趸 攥 柱 位 移 mm ( b ) Z + 2 T形试件的滞 回曲线在正反 向呈现不对称的特 点, 这种不对称性主要表现在滞回环形状和极限承载。 增大配箍特征值可增加试件滞 回曲线的饱满程度, 增加试件的变形能力 , 有利于结构抗震 。随着轴压 比的增大 , 试件的后期变形能力变小 , 极限承载力下 降加快。
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