高强箍筋约束混凝土轴压力学性能尺寸效应试验研究.pdf
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1、2 0 1 3 年 第 8 期 (总 第 2 8 6 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 3 ( T o 1 No 2 8 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORET I CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 8 0 0 1 高强箍筋约束混凝土轴压力学性能尺寸效应试验研究 李振宝 。杨修广 ,宋佳 。杜修力 ( 北京工业大学 工程抗震与结构诊治j E 京市重点实验室 ,北京 1 0 0 1 2 4 ) 摘要 : 为了研究约束混凝土轴压力学性能的尺寸
2、效应 , 进行了 7 个高强箍筋约束普通混凝土试件的轴心受压试验。 试验变量 主要包括试件尺寸和箍筋形式。 试验结果表明: 试件尺寸增大对约束混凝土强度有负面影响 ; 复合箍筋可明显提高试件延性 ; 且 其约束优势主要体现在试件承载力下降段 ; 随着试件尺寸增大、 箍筋形式复杂 , 高强箍筋屈服时试件全截面应力与峰值应力的 比值越大。 关键词 : 高强钢筋;箍筋形式 ;约束混凝土;尺寸效应 中图分类号 : T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 8 0 0 0 1 0 4 E x p e r i me n t s
3、t u d y on t h e s i z e e ffe c t o f a x i a l c o m p r e s s i v e m e c h a n i c a l p e r f o r ma n c e o f c o nc r e t e c o n f i n e d b y h i gh - s t r e n g t h s t i r r u p s LI Zhe nb a o, YANG Xi u gu a ng, SONGJ i a, DUXi u fi ( B e ij i n g K e y L a b o f E a r t h q u a k e E
4、n g i n e e r i n g a n d S t r u c t u r a l R e t r o fi t , B e i j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , B e ij i n g 1 0 0 1 2 4 , C h i n a ) Ab s t r a ct : I n o r d e r t o s t u d y t h e e f f e c t s i z e o f me c h a n i c a l p r o p e rt i e s o f c o n fi n e d c o n c
5、 r e u n d e r a x i a l c o mp r e s s i v e l o a d i n g , ax i a l c o m p r e s s i o n e x p e r i me n t s o f s e v e n c o n c r e t e c o l u mn s c o n fi n e d b y h i g h s tr e n g t h s t i r r u p s o f t h r e e g r o u p s we r e c a r r i e d o u t T h e ma i n t e s t v a ri a b
6、l e s we r e s p e c i me n s i z e , s ti r r u p s c o n fi g u r a t i o n T h e t e s t r e s u l t s h o we d tha t : the e n l a r g e me n t o f s p e c i me n s d e c r e a s e d r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r e n g t h ;c o m p o s i s ti r r u p s c o u l d i mp r o v e the d u
7、c t i l i ty o f c o l u mn s a n d the c o n s a i n t a d v ant a g e s w e r e ma i n l y e m b o d i e d a t th e b e a r i n g c a p a c i t y d e s c e n d i n g s t a g e ;a s t h e s p e c i me n s i z e i n c r e a s e d , t he s t i r r u p c o n fi g u r a t i o n s b e c a m e c o m p l
8、e x , t he r a t i o o f t h e w h o l e s e c t i o n s t r e s s wh e n t h e h i g h - s tr e n gth s t i r r u p s y i e l d t 0 t h e p e a k s tr e s s i n c r e a s e d K e ywo r d s : h i g h s t r e n gth s t e e l b a r ; s t i r r u p c o n fi g u r ati o n; c o n fi n e d c o n c r e t e
9、 ; s i z e e f f e c t 0 引言 与普通钢筋相 比, 高强钢筋具有减少钢筋用量 、 提高结 构延性等优点 。 1 9 8 4 年 , 戴 自强等人呶寸1 8 根配有高强纵筋 箍筋 的混凝 土柱进 行 了试验 , 1 9 8 8年 Yo n g等 2 对 2 4根 方形 截面 柱进 行 了试验 研 究 , 混 凝 土强 度范 围在 8 3 6 9 3 5 MP a 之 间 , 纵 筋屈服强度 为 4 2 4 MP a , 箍筋 屈服强度 为 5 0 0 MP a 。 2 0 1 2 年史庆轩等人翻 进行了 3 1 根高强螺旋箍 筋 约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验。
10、以上研究 结果表明, 高强箍筋与高强混凝土可以很好地协同工作 , 且 高强箍筋可改善高强混凝土脆性 。 其他研究者也得到类似 结果 。 如 2 0 1 2年王文静等f4 1进行 了大尺寸高强箍筋约束混 凝土柱轴心受压性能研究, 发现高强箍筋可以显著提高混 凝土延性 , 但对峰值应力提高不大 。 尺寸效应是指材料强度 随试件几何尺寸变化 的现象。 N e v i l l e ts 、 Ma l h o t r a tq 、 L e s s a r d t 等人进行了素混凝土抗压强 度尺寸效应试验研究, 结果显示, 小尺寸试件具有明显高 的强度。 2 0 1 0 年符佳 I I J 为了研究大尺寸
11、钢筋混凝土试件的 收稿 日期:2 0 1 3 - o 2 - 2 8 基金项 目:国家 自然科学基金重点项 目( 5 0 8 3 8 0 0 1 ) 尺寸效应 , 进行 了 3 组混凝土柱进行了试验 。 试验表 明, 构 件截面尺寸在 2 0 0 6 0 0 m m范围内, 钢筋混凝土轴心受压 柱承载力存在明显 的尺寸效应 。 2 0 1 2年宋佳 1 2 _ n 对 2 0 个钢 筋混凝土 圆柱进行 了轴压试验 , 试件按照相似原理设计 , 考虑了试件几何尺寸 、 体积配箍率及保护层的有无。 试验 表明峰值应力随试件尺寸增大而下降。 从上文看出, 高强箍筋更多应用于高强混凝土约束; 混凝土尺
12、寸效应研究集 中于素混凝土尺寸效应研究 , 钢筋 约束混凝土尺寸效应研究较少。 本研究对 3 组不同尺寸高 强箍筋约束普通强度混凝土试件进行轴压试验 , 以研究其 力学性能及尺寸效应。 1试验 概 况 1 1 试件设计 本研究以试件尺寸和箍筋形式为变量, 以体积配箍率 相等原则设计了 3 组试件 , 相关参数见表 1 ; 箍筋形式分 F 、 S 、 J 三种( 见 图 1 o 试件编号分别为 F 2 、 S 4 、 J 6 , 其 中字母 表示箍筋形式 , 数字 2 、 4 、 6 分别代表截面边长 2 6 7 、 4 0 0 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m
13、 表 1 试件设计参数 图 1 箍 筋形式 及测 点 布置 6 0 0 m m。 试件 的外圈方箍采用双面搭接焊 的方式进行连 接 , 搭接点位于试件截面边长 中部 , 搭接长度为 8 d , d为箍 筋直径 。 由钢筋材料力学性能试验可知 , 与钢筋原材的强度 相 比 , 焊缝端 部的强度下降 3 9 0 MP a , 为保 持箍筋 的高 强 性能 , 根据强度等效原则在焊接部位所在边加配一根拉筋。 1 。 2 材料力学性能 纵筋采用 H R B3 3 5 级钢筋 , 箍筋采用中国钢研科技 集 团研制 的高强钢筋 。 该钢筋通过热处理来提高其强度 : 将 钢筋加热后经淬 回火 , 使材料组织
14、转变为 回火组织 , 在显 著提高材料的同时可保存一定塑性 。 材料 力学性能见表 2 。 每个试件只在角部配备 4根纵筋 , 主要起到 固定箍筋的作 用 。 箍筋的屈服应变为 0 0 0 5 2 ; 混凝土立方体抗压强度实测 均值为 4 5 8 MP a , 轴心抗压强度实测均值为 4 2 6 7 MP a , 弹 性模量实测均值为 3 0 8 x 1 0 MP a 。 表 2 钢筋材料力学性能 1 3 测量与加 载方案 试验的测量参数包括轴向荷载 、 轴向压缩变形和受拉 箍筋应变。 轴 向荷载采用 4 0 0 0 0 k N多功能 电液伺服加载 系统施加 ; 轴 向压缩变形 由安装在试件上
15、 的位移计测得 , 标距为 2 H 3 , H为试件高度 ; 箍筋应变由粘贴在箍筋表 面 的电阻式应变片测得。 测点布置见图 1 。 试验采取不间断轴向单调加载 , 在荷载达到试件极 限 承载力之前, 采用力控加载, 之后通过位移控制加载, 直至 压溃。 2 试件破 坏形式 随着箍筋形式趋于复杂 , 不 同组试件的破坏形态有所 不 同( 见图 2 ) 。 对于 F 2 试件 , 在加载初期 , 试件轴向变形和 泊松比较小, 箍筋的约束作用尚未体现。 当荷载达到峰值荷 载的6 0 8 0 , 试件截面角部处的保护层开始出现很细的 , 图 2试 件最 终破 坏形 态 竖向裂缝。 极限荷载附近 ,
16、裂缝开展明显 , 同时伴有混凝土 表皮破裂 、 剥离 的“ 劈裂” 响声 。 随着轴 向荷载的继续施加 , 试件承载力急剧下降, 裂缝开展与保护层的剥落明显加快 , 核心混凝土横 向应变增加 。 当荷载下降到峰值荷载 的 7 5 时, 由于箍筋外鼓, 约束状态变好, 承载力下降放缓。 加载末 期( 极限荷载的 5 0 之后 ) , 箍筋外鼓 明显, 纵向钢筋屈曲。 对于 田字型 、 井字型复合 配箍的 S 4 、 J 6 试件 , 在加载 上升段破坏特征与 F 2试件类似 。 s 4下降段 的主要 区别有 以下几点: 当荷载下降至峰值荷载的6 0 左右时, 拉筋 的拉钩拉成直角 , 其中试件
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