高强箍筋约束高强混凝土柱的轴压比限值研究.pdf
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1、第 3 2卷第 2期 2 0 1 5年 3月 建 筑科 学与工程 学报 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g Vo 1 3 2 NO 2 M a r 2 Ol 5 文章 编号 : 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 5 ) 0 2 0 0 7 1 0 6 高强箍筋约束高强混凝土柱的轴压 比限值研究 杨 坤 , 孟 和 , 赵均 海 , 史庆轩。 ( 1 长安大学 建筑工程学院 , 陕西 西安7 1 0 0 6 1 ;2 西安工业大学 建筑工程学院 , 陕西 西安7
2、 1 0 0 3 2 ; 3 西安建筑科技大学 土木工程学院 , 陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘 要 : 为 了研 究 高强箍 筋约 束 高强混 凝 土柱 的抗震 性 能及 轴 压 比限值 , 进行 了 1 O个 高强箍 筋 约 束 高强 混凝 土柱在 高轴压 比下的低 周反 复 水平加 载 试验 。通 过理 论推 导和 对 大量试 验数 据 的回 归分 析 , 提 出在 不 同抗 震等级 下高 强箍 筋约束 高强混凝 土柱 的 轴压 比 限值 。研 究 结果表 明 : 当体 积 配箍 率 大于 1 2 时 , 高强复合 箍 筋约 束 高强混 凝 土柱在 高轴 压 比( 甚 至轴
3、压 比超 限) 下 , 其 位 移延 性 系 数 均 能 满足 大于等 于 3的抗 震要 求 , 即 密配 高强箍 筋是保 证 高强 混凝 土框 架柱 在 高轴 压 比下 具 有 良好延性性能以及提高其轴压比限值 的有效措施 。 关键 词 : 高 强混凝 土 ; 高 强箍 筋 ; 轴压 比限值 ; 低 周反 复水 平加 载试验 ; 延 性 中 图分类 号 : TU3 7 5 3 文献标 志 码 : A Re s e a r c h o n Ax i a l Co m p r e s s i o n Ra t i o Li mi t s o f HS C Co l u mns Co nf i n
4、e d wi t h Hi g h s t r e ng t h S t i r r u p s YANG Ku n ,M ENG He ,ZHAO J u n h a i ,S HI Qi n g x u a n 。 ( 1 Sc hoo l of Ci v i l Engi n e e r i ng,Ch a ng a n Uni v e r s i t y,xi a n 71 0 06 1,Sha a nx i ,Ch i n a; 2 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e,X
5、i a n Te c h n o t o g i c a t Un i v e r s i t y ,Xi a n 7 1 0 0 3 2 ,S h a a n x i ,Ch i n a ; 3Sc ho ol of Ci v i l Eng i n e e r i n g,Xi a n U n i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n d Te c hn ol og y,Xi a n 71 0 05 5,Sha a n xi ,Ch i n a ) Ab s t r a c t :I n o r d e r t o s t u d y t
6、 h e s e i s mi c b e h a v i o r a n d a x i a l c o mp r e s s i o n r a t i o l i mi t s o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e ( HS C) c o l u mn s c o n f i n e d wi t h h i g h s t r e n g t h s t i r r u p s ,t h e l a t e r a l l o w c y c l i c l o a di ng t e s t s o f t e n H S C c o
7、 l u m ns c on f i n e d wi t h h i g h s t r e n gt h c o m p l e x s t i r r u ps und e r h i g h a x i a l c ompr e s s i on r a t i o we r e c a r r i e d o ut Th r o ug h t he o r e t i c a l d e d uc t i o n a n d r e g r e s s i on a na l y s i s o f l a r ge nu m b e r s of t e s t d a t a,t
8、 h e a x i a l c ompr e s s i on r a t i o l i mi t s of HSC c ol u m n s a t d i f f e r e nt s e i s m i c l e v e l s we r e pr o po s e d Th e s t ud y r e s ul t s s h ow t ha t t he d i s pl a c e me nt d uc t i l i t y c o e f f i c i e nt o f c o l umns un de r hi gh a x i a l c ompr e s s i
9、 on r a t i o,e ve n e xc e s s i ve a xi a l c o m p r e s s i o n r a t i os ,wi l l m e e t t he s e i s mi c r e q ui r e m e n t s o f b e i ng e q ua l or g r e a t e r t ha n 3, whe n t he v o l ume s t i r r u p r a t i o i s g r e a t e r t ha n 1 2 So us i n g h i g h s t r e n gt h s t i
10、r r u ps c l os e l y s p a c e d i s a n e f f e c t i ve m e a s u r e t o e ns u r e t h e H S C c o l u mn s g o o d d u c t i l i t y a n d e n h a n c e t h e a x i a l c o mp r e s s i o n r a t i o l i mi t s Ke y wo r d s :hi g h s t r e n gt h c o nc r e t e;hi g h s t r e n gt h s t i r r
11、 up;a x i a l c o mpr e s s i o n r a t i o l i mi t ;l a t e r a l l o w c yc l i c l o a di n g t e s t ;d uc t i l i t y 收稿 日期 : 2 0 1 4 0 9 2 7 基金项 目: 国家 自然科学基金项 目( 5 0 9 7 8 2 1 5 ) ; 中央高校基本科研业 务费专项 资金项 目( 2 o 1 3 G1 2 8 1 o 7 6 ) 西安工业大学校长基金项 目( X AGDX J J 1 3 1 8 ) 作者简介 : 杨坤( 1 9 8 2 一 ) , 女 ,
12、 河南柘城人 , 讲 师, 工学博士 , E ma i l : y a n g k u n 8 2 2 4 s i n a c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 2 建筑科 学 与工程 学报 2 0 1 5丘 O 引 言 为 研 究 高 强 箍 筋 约 束 高 强 混 凝 土柱 的抗 震 性 能 , 史庆轩 等 进行 了 1 O个该 类型柱 在 高轴压 比下 的低周反复水平加载试验 , 结果表明高强箍筋约束 可 明显 改善 高轴压 比下 高强混 凝 土框架 柱 的变形 能 力 , 且在保证一定延性要求下 , 该类型框架柱的轴压 比限值可适当放宽 。
13、现行规范给出了框架柱的轴压 比限值 , 但未考虑箍筋强度对抗震延性的影响, 且其 理论根据是基于普通强度混凝土 , 而对高强混凝土 是否适用还缺乏试验验证。本文将在前述试验研究 基础上 , 确定一个合适的轴压 比限值 , 以使高强箍筋 约束高强混凝土框架柱的抗震延性得到满足。 1 试验研 究 试验_ 】 共制作 1 0个高强箍筋约束高强混凝 土 悬臂 柱 试 件 , 截 面 尺 寸 为 3 0 0 mm3 0 0 mm, 柱 高 1 2 0 0 mm。试验变化参数为箍筋形式 、 箍筋间距和 轴压 比。试件 设 计 参 数 见 表 1 , 试 件 尺 寸 和 配 筋 见 图 1 。箍筋采 用 西
14、安建 大特 钢制 品 有 限责 任 公 司生 产 的高强 碳素 钢丝 , 直径 为 6 5 mm; 纵 向钢筋 为 1 2 根 HR B 4 0 0级 钢筋 , 均匀 分 布在 截 面 四周 边 。箍 筋 形式有井字形复合箍筋、 八边形 复合箍筋和井字形 复合矩形螺旋箍筋 3种 , 其 中井字形复合箍筋、 八边 形复合箍筋均为由 1根钢筋连续弯折而成的连续复 合箍筋 ; 井字形复合矩形螺旋箍筋则 由 2个矩形螺 旋箍筋和 1 个方形螺旋箍筋叠套而成 , 如图 2 所示。 高强箍筋的极限抗拉 强度为 1 1 2 0 MP a , 其条件屈 服强度取残余应变为 0 0 0 2时的应力 , 按 中国
15、现行 规范 中 的规 定 , 可 取 为其 极 限抗 拉 强度 的 8 5 , 见表 1 ; 纵 筋 采 用 HRB 4 0 0级 钢 筋 , 其 屈 服 强 度 为 4 8 3 MP a 。钢筋 的物理力学性能实测值见表 2 。 表 1试件设计参数 Ta b1 De s i g n Pa r a me t e r s o f Sp e c i me ns 长度 宽度 纵筋 配筋 箍筋问 体积配箍 配箍特 试验轴压 试件编号 箍筋形式 f MP a Y MP a 剪跨 比 mm 型号 率 距 ram 率 p v 征值 比 t H S C S1 1 3 0 0 3 O O 4啦 ! 6 2 9
16、8 7 2 0 5 O 1 9 2 9 5 2 0 3 9 4 4 0 5 7 2 HS C S 1 2 八边 形 3 0 0 3 0 0 4 啦! 6 2 9 8 7 4 0 8 0 1 2 O 9 5 2 0 2 4 0 4 0 5 7 2 HS C S 卜3 复合箍筋 3 0 0 3 0 0 4 啦! 6 2 9 8 8 0 5 5 O 1 9 2 9 5 2 0 3 6 2 4 0 4 5 0 H S ( 、 _ S1 4 3 0 0 3 0 O 4盐 1 6 2 9 8 8 6 4 8 O 1 2 O 9 5 2 0 2 1 0 4 0 4 5 0 H S C S 2 1 3 O O
17、 3 O O 4盐 1 6 2 98 7 2 6 5 O 2 48 9 5 2 0 5 0 5 4 O 5 7 2 HS ( 、 _ S 2 2 井字形 3 0 O 3 0 0 4 盐1 6 2 9 8 8 0 0 8 0 1 5 5 9 5 2 0 2 9 4 4 0 5 5 5 HS ( - S 2 3 复合箍筋 3 O O 3 0 0 4 莹1 6 2 9 8 7 6 0 5 O 2 4 8 9 5 2 0 4 8 8 4 0 5 0 0 HS C S 2 4 3 O O 3 O O 4盐 1 6 2 9 8 8 8 0 8 0 1 5 5 9 5 2 0 2 6 7 4 0 5 0 0
18、 HS S C S 3 1 井字形复合 3 O O 3 0 0 4 盐1 6 2 9 8 7 6 2 5 O 2 4 8 9 5 2 0 4 8 7 4 0 5 0 0 HS S C S 3 2 矩形螺旋箍筋 3 0 0 3 O 0 4 盐1 6 2 9 8 7 5 1 5 0 2 4 8 9 5 2 0 4 9 5 4 O 5 6 0 注 : , 为混凝土立方体抗压强度 ; 为箍筋强度 。 2 g 5 2 r 一 2 5 6 46 5 5 0 I 2 l 7 。 ! 立 Q 一 1 1 截 面 1 1 1 截 面2 2 - 2 截面 图 1试件尺寸及配筋 ( 单位 : mm) F i g 1
19、 S p e c i me n Di me n s i o n s a n d Re i n f o r c e me n t( Un i t : mm) 图 3 为 本 试 验各 试 件 的实 测 柱顶 剪力 ( 荷 载 ) 一 水 平位 移滞 回曲线 , 试 验 中一些 典型情 况 , 如保护 层 开始剥落、 纵筋屈服以及箍筋屈服与拉断 , 均 已在 图 3中标 明 。通过 对 比分 析 , 发 现它 们 存 在 以下 共 同 特点和规律 : 试件屈服之前 , 滞 回曲线狭窄细长且残 余 变形很 小 , 包 围的 面积 较 小 , 耗 能 较 少 , 整 体 刚度 变 化不大 ; 屈 服之
20、 后 , 曲线 开始 偏 向位 移轴 , 滞 回环 的面积逐渐增大, 耗能逐渐增加, 同时每级控制位移 下 , 后 2次 的承载力 和 刚度均 比第 1次 略有降 低 ; 峰 值 荷载之 后 , 由于 较 厚 的保 护 层 开 裂 、 剥 落 , 试件 承 载力略有下降, 个别试件下 降较为明显 , 刚度 降低 , 滞 回曲线面积继续增加 ; 直至试件破坏 , 滞回曲线均 比较饱满 , 呈稳定 丰满的梭形 , 没有明显 的捏拢现 象 , 表现 出较 好 的塑性变 形和 耗能 能力 。 比较 图 3中各试 件 的滞 回 曲线 可知 : 在 高 轴压 比的低周反复荷载下 , 高强复合箍筋约束高强混
21、凝 土柱的滞 回曲线仍呈稳定丰满的梭形 , 具有较好 的 下 弋 _ 土 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 杨 坤 , 等 : 高强箍 筋 约束 高强 混凝 土柱 的轴 压 比限值研 究 7 3 囵 凰: ( c ) 井 字 形 复合 矩 形螺 旋 箍 筋骨 架 图 2 连续 复合 箍筋弯折顺序与井字形复合矩形 螺旋箍筋骨架 Fi g 2 Be n di ng S e qu e n c e of Con t i n uo u s Co mpl e x St i r r up a nd Sk e l e t o n o f Gr o i n e d Co
22、 m pl e x Re c t a n g ul ar S pi r a l S t i r r u p 表 2 钢 筋 的 物 理 力 学 性 能 实 测 值 Tab 2 M e a s u r e d Va l ue s o f Phy s i c o - m e c ha ni c a l Pr o p e r t y o f St e e l Bar s 直径 d 屈服 强度 极 限强度 延伸率 外形 钢筋种类 f MP a f MP a 特征 高 强碳 素钢丝 6 5 9 5 2 1 1 2 0 1 0 9 光面 HRB 4 0 0 1 6 0 4 8 3 6 3 3 2 8 5
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- 高强 约束 混凝土 研究
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