无粘结部分预应力混凝土柱复位性能的试验研究.pdf
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1、2 0 1 3年第 7期 7月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C Hl NA C ONCR ET E AND C EMEN T P R0DUC T S 2 01 3 No 7 J u l y 无粘结部分预应力混凝土柱复位性能的试验研究 罗海艳 , 李 琪 , 王振波 , 王金东 。 ( 1 宿迁学院建筑工程系, 2 2 3 8 0 0 ; 2 扬州大学 , 2 2 5 0 0 9 ; 3 宿迁骆马湖运输管理处 , 2 2 3 0 0 0 ) 摘要 : 为了探 索配置 无粘 结部分预应 力钢 筋的混凝 土柱在震后的 复位性 能 , 进行 了 4个无粘结部分预 应力 混凝 土柱试件 的低周反复荷
2、载试验 。 其 中 3个试件配置 了无粘结部分预应 力钢筋 , 另外 1个试件为 不加预 应力钢 筋的对比试件 。试验结果表明 无粘结部分预应 力混凝土柱相比较于普 通钢 筋混凝 土柱的滞回耗能能力相对较 差 , 但震后 残余 变形较 小, 表 现 出了良好 的复位 性能 ; 预应 力度 水平对无粘结部分预应 力混凝土柱 的残余 变形 、 复位能 力、 承我 力、 延性 和滞回性 能等特性有重要的影响 。 关键词 : 无粘结部分预应力; 低周反复荷栽试验 ; 复位性能 ; 预应 力度水平 Ab s t r a c t :I n o r d e r t 0 d e v e l o p t h e
3、 r e c e n t e ri n g b e h a v i o r o f u n b o n d e d p a r t i a l l y p r e s t r e s s e d s t e e l c o n c r e t e c o l u n l n s a f - t e r t h e e a r t h q u a k e ,t h e l o w c y c l e r e p e a t e d l o a d i n g e x p e rime n t o f f o u r u n b o n d e d p a r t i a l l y p r e
4、s t r e s s e d c o n c r e t e c o l u mn s i s c a r r i e d o u t ,i n w h i c h t h r e e c o n c r e t e c o l u mn s a r e c o n f i g u r e d wi t h u n b o n d e d p a rt i a l l y p r e s t r e s s e d s t e e l , w h i l e o t h e r o n e i s wi t h o u t p r e s t r e s s e d s t e e 1 T
5、h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t c o mp a r e d w i t h c o mmo n r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u mn s , t l l e h y s t e r e t i c e n e r g y d i s s i p a t i o n c a p a c i t y o f u n b o n d e d p a r t i a l l y p r e s t r e s s e d s t e e l c o n c r e t e c o l u mn
6、 s i s w o r s e b u t t h e s e i s mi c r e s i d u a l d e f o r ma t i o n i s s m a l l e r w h i c h s h o w s a b e t t e r r e - c e n t e r i n g b e h a v i o r T h p r e s t r e s s e d d e g r e e s o f u n b o n d e d p a a i a l p r e s t r e s s e d c o n c r e t e c o l u mn s h a v
7、e a n i mp o rt a n t i n fl u e n c e o n t h e p r o p e rt i e s o f r e s i d u a l d e f o r ma t i o n r e c e n t e ri n g b e h a v i o r 1 o a d i n g s t r e s s , d u c t i l i t y a n d h y s t e r e t i c e n e r gy d i s s i p a t i o n Ke y wo r d s :Un b o n d e d p a i a l l y p r e
8、 s t r e s s e d ;L o w c y c l e r e p e a t e d l o a d i n g e x p e ri me n t ; Re c e n t e rin g b e h a v i o r ;P r e s t r e s s e d d e g r e e s 中图分类号 : T U 5 2 5 文献标识码 : A 文章 编号 : 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 7 4 4 0 5 O前言 在地震作用下 , 传统材料结构难 以避免地会进 入塑性阶段 , 尽管通过合理的抗震设计可以使结构 具有足够 的延性能力 , 避免
9、结构的倒塌 。 但塑性变 形 的发展依然意味着结构的损伤和损坏 。 并且 由于 塑性变形 的不可恢复性 ,震后残余变形大, 给震后 加固修复带来极大的困难【 1 - 2 。结构震后残余变形的 大小是决定其可修复性的关键 , 是建造具有 良好复 位能力的钢筋混凝土结构的基础嘲 。而预应力筋的 预压 力可 以防止 柱在 承受拉 力 时 较早 出现 裂缝 , 预 应力筋 的高强弹性恢复性能可 以有效减 少结构的 残余位移。国内外学者对于无粘结部分预应力混凝 土柱的研究结果表明 : 预应力混凝土结构相比较于 普通钢筋混凝土结构的滞 回耗能能力相对较差 。 但 震后残余变形较小 ,表现 出了良好的复位性
10、能 , 有 利于结构震后的可修复性4 叫。因此 , 在钢筋混凝土 柱 中配置无粘结预应力钢筋可以减小残余变形 , 减 少结构 的震后加固修复成本 , 然而在钢筋混凝土柱 基金项 目: 住房 和城 乡建设部 2 o 0 8 科 学技术项 目( 2 0 0 8 一 k l 一 1 1 ) , 宿迁学院科研基金资助项 目( 2 0 1 2 k y 2 3 ) 。 一 4 4一 中高强钢筋 和普通钢筋的用量配 比对 于残余变形 的影响还没有系统的研究。本文通过对 4个无粘结 部分预应力混凝土柱试件施加低周反复荷载 , 研究 预应力度 、 预应力钢筋配筋指标对无粘结部分预应 力混凝土柱的残余变形、 复位
11、能力 、 承载力 、 延性和 滞 回性能等特性的影响。 1 无粘结 部分预 应 力混凝 土柱 的试 验研 究 1 1 试件设计及制作 共设计 了 4根无粘结部分预应力混凝 土柱试 件 , 试件分柱身和底座两部分 : 柱身尺寸为 3 0 0 mm x 3 0 0 ra mx l 5 0 0 mm,底 座 的 主 要 尺 寸 为 1 2 0 0 ra m 6 0 0 mm x 6 O O mm。 为了锚 固预应力筋及放置压力传感 器 , 在柱身底座底部掏空 4 0 0 x 6 0 0 x 2 0 0 mm空间。柱 子顶部 由于要承受较高的轴力 , 为了保证施加竖 向 荷载时柱头不发生局部破坏 ,
12、在柱头向两边各加大 了 1 5 0 m m 的截面。 并在顶部焊接钢板 , 试件 的具体 尺寸及配筋情况如图 1 所示。对 比试件 R C 一 1在柱 角部和柱中部共配置 6根直径 1 6 ra m的钢筋 。混凝 土达到 1 0 0 设计强度后 张拉预应力筋, 张拉时采 用一端张拉 , 锚 固端采用 O VM挤压锚 , 张拉端采用 罗海燕 , 李琪 , 王振波 , 等 无粘结部分预应力混凝土柱复位性能的试验研究 卜 十 _ L ( a ) 试件柱身配筋图 2 A 00 1 52 2 A 08 1 0 0 1 1 7 5 1 5 0 75 2(I ) 2 0 0 8 1 0 0 3 I 4 I
13、3 3 ( b ) 试件底 柱配筋图 图 1 试 件配筋示 意图 O VM夹片锚 , 张拉端设置拉压应力传感器 , 每根钢 绞线张拉控制应力为 O 6 5 f p ,k ( 其中f p = 1 8 6 0 MP a ) 试 件分组及参数见表 1 。 表 1 试件配筋相关参数 试件材料选用 C 4 0混凝土 , HR B 4 0 0级普通纵 筋 , H P B 2 3 5级箍筋及 s 1 5 2级钢绞线 , 普通纵筋的 设计保护层厚度 ( 截面边缘至钢筋截面 中心 ) 均为 3 5 mm 试件混凝土的实测立方体抗压强度平均值为 4 3 7 MP a ,直径 8 mm 的 HP B 2 3 5级箍
14、 筋 实测 屈 服强 反力架 1 1 - -。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 夏力墙一 : 0 0 o O 铀 盘十 斤 J贝 _ - 滚轴气卞 - 试件 一 l 推拉千斤 阜上J _ r 厂 _ l 叨 2 2 0 8 5 O 4- 4 度 为 2 6 3 MP a , 直 径 1 4 mm、 1 6 m m、 2 0 ram 的 H R B 4 0 0 级普通纵筋实测屈服强度分别为 5 0 1 MP a 、 4 1 2 MP a 、 3 9 5 MP a 公 称直径 1 5 2 m m 的钢 绞线实 测屈 服强 度 为 1 7 1 8 MP a 。 1 2 试验装置 试验在扬州大学结
15、构试 验室进行 , 试验装置如 图 2所示。试验前先将试件 由吊车吊装到反力架之 下 , 调整其位置使试件在东西 、 南北侧分别对中 , 然 后 用螺 杆将 试件 底座 与地 梁 固定 。试件 上端 由可 随 柱 水 平 移 动 的液 压 千 斤 顶 施 加 垂 直 轴 压 力 至设 计 值 , 为使竖 向千斤顶可以自由转动 、 不致消耗弯矩 , 在千斤顶和柱之间放置了球铰 , 各千斤顶都连接有 荷载传感器 以采集荷载数值。 水平荷载由 M T S多通 道协调加载试验系统实现 , 作动器额定加载能力为 2 5 0 k N, 最大行程为 1 0 0 mm。水平荷载通过作动器 图 2 试 验加载装
16、 置 4 5 2 0 1 3年第 7期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 7期 由反力墙承担 。 1 3加 载制 度 根据规定 首先 由柱顶的普通液压千斤顶对 试件分级施加压力至预定的轴压比值 , 并使轴 向力 在施加水平荷载 的过程 中保持不变 , 随后由固定在 柱端的水平作动器施加水平的低周反复荷载。水平 荷载在加载过程 中采用位移控制加载 , 加载制度如 下所示 :正式试验前先施加反复水平荷载两次 , 以 检查试验装置及各测量仪表的反应是否正常, 并对 试验人员进行预演。正式试验开始后 , 水平荷载的 施加采用位移控制 。 并遵循以下的制度 : 第 1 、 2 、 3 、 4 加载循环的位
17、移角幅值依次为 6 、 1 2 、 1 5 、 1 8 , 每 一 位移循环加载 3次 并在各个循环点时持荷 6 0 s 读数。由于不同的加载方案和加载速度对结构耗能 能力是有影 响的 ,故本次试验采用相 同的加载步 骤 , 加载和卸 载速度也保持一致 , 以保证数据采集 的稳 定 。 1 4 试验现象 试件 R C 一 1 。 先施加 l m m控制位移推拉两次作 为预载。正式加载后 先以 6 mm作为控制位移进行 加载 , 试件表现为明显的线弹性特征 , 循环加载后 , 试件底部 出现裂缝 。 并开始屈服 。当控制位移达到 2 4 ra m时 , 加载侧面和加载正面 的水平裂缝贯通 , 混
18、 凝土保护层出现小面积压碎 。控制位移达到 3 0 m m 时 , 试件承载力达到峰值承载力 ( 1 3 9 8 6 k N) , 柱根部 混凝 土保护层逐渐压碎剥落 。继续加载 , 荷载开始 下降 当控制位移加载至 5 4 ra m时 , 试件破坏水平荷 载 达 到 最 大 承 载力 的 8 5 时 停止试验 。 试件 U P C D 一 1 , 当水平控 制位移施加到 9 ra m时加载正 面 距 柱 底 约 1 0 e ra 处 出 现 水 平裂缝 , 继续加载 , 柱底的水 平裂缝增多 、 宽度加大 , 试件 达到屈服 。当控制位移达到 1 8 m m时 , 柱 的加载侧 面出现 与加
19、载正面相贯通 的水平裂 缝 , 继续加载 , 混凝 土保护层 出现小面积压 碎。控制位移 达到 3 0 m m时 , 试件达到极限 状态 ,荷载也 达到峰值 承载 力 ( 1 4 8 1 4 k N) , 柱根部混凝土 保护层逐渐压碎剥落 。继续 加 载 , 荷载开始 下降 当控制 位移加载至 6 6 m m时 , 试件破 4 6 坏水平荷载达到最大承载力的 8 5 时停止试验。 试件 U P C D 一 2 ,加载至 1 5 m m后 ,试件开始屈 服。 当位移达到 1 8 ram时, 在对试件进行了三次循环 之后 。加载侧面靠近正面的转角处距离柱底约 5 c m 处出现水平微裂缝 。位移继
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- 关 键 词:
- 粘结 部分 预应力 混凝土 复位 性能 试验 研究
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