外方内双圆箍筋约束高强混凝土柱抗震性能试验研究

以兰州地铁1号线东岗车辆基地运用库框架柱为原型,制作并完成了4个1/4比例高强混凝土多重复合芯柱的低周反复荷载试验,分析了该类芯柱的破坏形态、刚度退化和滞回耗能等力学性能,研究了轴压比、箍筋间距、配箍形式等参数对该类新型柱抗震性能的影响。研究结果表明:高强混凝土多重复合芯柱主要发生了弯剪破坏,柱脚塑性铰区混凝土由于研磨效应而发生剥落,试件破坏时纵筋被压屈,呈灯笼状;复合芯柱的滞回曲线呈十分饱满的弓形,耗能能力强,表明该类芯柱的抗震性能优异;增加轴压比后芯柱发生剪切破坏,延性和耗能能力降低;增加箍筋间距使得试件后期承载力下降迅速,延性降低;双重复合芯柱比单芯柱的承载力高、耗能好,该类芯柱的抗震性能显著优于单芯柱的抗震性能。     

高强混凝土多重复合芯柱抗震性能试验研究

以某地铁站房工程为背景,设计并制作了8个高强混凝土多重复合芯柱试件,选取轴压比、箍筋形式、配箍率为变量,进行低周反复荷载试验研究,分析其破坏过程及形态,系统研究该类多重复合芯柱的滞回性能、骨架曲线、变形能力、刚度退化和耗能能力,应用Park-Ang损伤模型对该类新型混凝土柱的损伤演化规律进行分析,基于性能化设计理念给出高强混凝土多重复合芯柱的损伤指数与破坏程度的对应关系。研究结果表明：高强混凝土多重复合芯柱发生弯剪破坏和剪切破坏;随轴压比增大,峰值荷载增大,但变形性能和延性降低,承载力衰减和刚度退化加快,耗能能力明显减弱;随配箍率增大,芯柱试件滞回环面积增大,延性提高,承载力衰减和刚度退化减缓,耗能能力显著增强;配箍形式对芯柱试件耗能能力影响较大,其中试件C-SC-100和C-DC-100的滞回性能、变形性能、耗能能力明显改善,表明外螺旋内圆和内外双圆箍筋的配箍方式增强了核心区混凝土的约束,从而提高该类芯柱的抗震性能;层间位移角1/50时,各试件损伤指数D为0.17～0.35,均未发生严重破坏,表明该类多重复合芯柱抗震性能较好,复合芯柱最终破坏时的层间位移角为1/29～1/21,且损伤指数均大于1。     

焊接封闭箍筋混凝土柱抗震性能试验

通过9根不同轴压比及配箍率下焊接封闭箍筋混凝土柱的低周反复加载试验,对其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能、刚度退化及强度衰减等抗震性能指标展开系统分析。结果表明:各试件滞回曲线较为饱满,捏缩现象较轻,表现出较好的延性及耗能性能;试件的承载能力及延性随轴压比的增大而增大,但刚度和强度退化较快;随着配箍率的提高,柱的承载能力,延性及耗能能力均有所提高,但后期强度和刚度退化较为明显,建议焊接封闭箍筋的间距不宜小于50 mm。     

HRB600级钢筋高强混凝土柱抗震性能试验研究

为研究HRB600级钢筋高强混凝土柱的抗震性能,进行9根截面尺寸为600mm×600mm的高强混凝土柱在工程实际轴压比条件下的低周反复荷载试验,主要设计变化参数为钢筋等级、箍筋间距、混凝土强度和轴压比。对比分析各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、延性、刚度退化和耗能能力,基于试验建立HRB600级钢筋高强混凝土柱的恢复力模型。结果表明：各试件的破坏形态相似,均为延性弯曲破坏,柱底出现塑性铰,纵筋屈曲,混凝土保护层脱落;HRB600级钢筋高强混凝土柱不仅具有较好的滞回性能以及变形与耗能能力,且震后可恢复性能相对较好;高强混凝土柱设计中,HRB600级钢筋与C80混凝土匹配应用效果较优;合理配置箍筋,可使HRB600级钢筋高强混凝土柱在高轴压比条件下的延性系数大于4.0;文章基于足尺构件试验建立的恢复力模型,以期可为相关工程结构抗震弹塑性分析提供参考。     

往复荷载作用下加芯混凝土框架柱刚度与耗能试验分析

通过加芯混凝土框架柱和普通混凝土框架柱在高轴压比下的低周往复加载试验,对试件的P-Δ滞回曲线、刚度退化和等效粘滞阻尼系数等进行了研究,分析了加芯混凝土框架柱刚度和耗能的影响因素。分析结果表明,在高轴压比下,合理设置芯柱可使加芯混凝土框架柱的刚度和耗能性能明显改善;芯柱的纵筋配筋率、截面面积和体积配箍率对加芯混凝土框架柱的刚度和耗能能力具有不同程度的影响。     

高强箍筋约束高强混凝土短柱抗震性能试验研究

通过6个复合箍筋约束高强混凝土短柱在高轴压比下的低周往复水平加载试验,研究了其破坏过程、破坏形态、抗剪性能以及各个受力阶段箍筋应力的变化,并通过与普通强度箍筋混凝土短柱试件对比,分析了箍筋强度、箍筋间距、配箍率等因素对短柱受剪承载力、滞回特性、耗能能力及延性性能的影响。结果表明:配置高强箍筋对短柱受剪承载力的影响不显著,但明显提高和改善了其耗能能力和延性性能;高强箍筋混凝土短柱具有较普通箍筋混凝土短柱的滞回曲线"饱满",循环次数多,刚度衰减慢等特点;在配箍率等条件相同的情况下,高强箍筋混凝土短柱的延性和耗能能力均明显优于普通箍筋混凝土短柱;达到峰值水平荷载时,普通箍筋达到或接近于屈服,而高强箍筋仍具有较高的应力储备,当达到极限水平荷载时,部分高强箍筋接近于屈服。     

环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土柱抗震性能与损伤评价

为了研究海水珊瑚混凝土柱的抗震性能,以混凝土类型、纵筋配筋率、配箍率和轴压比为主要参数,开展了6个环氧涂层钢筋混凝土柱低周反复荷载试验,分析了柱的破坏形态、承载力、延性和滞回耗能等变化。研究结果表明：环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土具有良好的抗震性能,海水珊瑚混凝土对柱延性、刚度退化有明显影响,而对承载力与耗能能力影响较小;海水珊瑚混凝土柱位移延性系数和承载力较普通混凝土柱降低19.25%与6.67%,而屈服荷载和峰值位移分别提高5.94%、25.90%;环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土柱耗能能力和滞回特性随纵筋配筋率和轴压比的变化而显著改变;增大配箍率可提高其延性。针对环氧涂层钢筋海水珊瑚混凝土柱提出了骨架曲线模型与抗震损伤评估模型。分析表明,侧移达到弹塑性层间位移角限值时,海水珊瑚混凝土柱纵筋配筋率或配箍率宜分别提高10%、16%,可以使其震损水平与普通混凝土柱相近。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。     

边缘配置高强纵筋的高强再生混凝土剪力墙抗震性能试验研究

为研究不同剪跨比、不同边缘构造形式对边缘配置高强纵筋的高强再生混凝土剪力墙抗震性能的影响规律,进行了3个C50再生混凝土剪力墙低周往复荷载试验,包括1个现浇高剪力墙、1个现浇中高剪力墙、1个装配式中高剪力墙。分析了各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、延性、刚度退化、耗能能力。结果表明：边缘配置高强纵筋的高强再生混凝土剪力墙破坏形态均以弯曲破坏为主,各试件滞回曲线较饱满,耗能能力较好;中高剪力墙的承载力和刚度比高剪力墙明显提高,但延性系数降低;装配式再生混凝土中高剪力墙在达到峰值荷载之前整体性良好,但由于后浇结合面相对薄弱,试件破坏相对较早,承载力下降较快,延性稍差。基于试验结果,建立了边缘配置高强纵筋的高强再生混凝土中高及高剪力墙承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

柱端箍筋不同加密的钢筋混凝土柱的抗震性能分析

为进一步明确柱端箍筋配置对钢筋混凝土柱的抗震性能影响,以柱端箍筋配置为主要研究参量,浇注4根钢筋混凝土柱试件。对各试件进行反复加载试验,研究各试件的滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度退化及能量耗散系数等。结果表明,对柱端轴向0～250 mm范围内的箍筋进行加密,有增大试件的最大承载力和控制试件破坏之前的剪切变形量的作用;随着箍筋加密区的增大,试件的延性和耗能性能提升;随着加载循环次数的增大,各试件的承载力和刚度减小。     

高轴压比下加芯混凝土框架柱延性与承载力试验研究

通过高轴压比下8个加芯混凝土框架柱和1个普通混凝土框架柱低周往复加载的模型试验,阐述了主要试验现象及破坏形态,对各试件的P-Δ滞回曲线、位移延性系数、极限位移转角、屈服荷载和极限荷载等试验结果进行了研究,分析了加芯混凝土框架柱延性和承载力的影响因素。结果表明:通过对芯柱进行合理设置,加芯混凝土框架柱具有良好的滞回延性和较高的抗震承载力,可明显改善普通混凝土框架柱在高轴压比下的抗震性能,弹塑性变形能力能够满足抗震要求;芯柱的纵筋配筋率、截面面积和体积配箍率是影响加芯混凝土框架柱延性和承载力的主要因素。结合以往的研究成果,本文提出了加芯混凝土框架柱轴压比限值的建议值、正截面承载力计算公式以及相关设计建议。     

高强箍筋约束高强混凝土柱的抗轴压性能

为了研究高强箍筋约束高强混凝土柱的抗轴压性能,定量分析该类型柱的强度和变形提高程度,进行了31根高强箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验。在试验的基础上,分析箍筋强度、箍筋间距和箍筋形式对其强度和变形性能的影响;结合国内外试验数据,通过回归分析提出高强箍筋约束高强混凝土峰值强度和极限应变的计算公式。     

内填Y形钢支撑加固多层钢筋混凝土框架结构滞回性能试验研究

为了研究内填Y形钢支撑多层RC框架结构的抗震性能,进行了3榀2层单跨1/2缩尺试件的低周反复荷载试验。分析试件在循环荷载作用下的破坏机理、滞回性能、延性、刚度退化规律以及耗能能力。研究结果表明：应用Y形钢支撑加固RC框架合理可行,Y形钢支撑承担了大部分水平荷载,梁柱连接节点破坏程度较轻;耗能段与混凝土梁的连接构造合理,没有发生破坏;Y形钢支撑破坏,导致结构失效;加载初期,试件荷载 侧向位移比滞回曲线具有一定程度的捏缩,耗能段屈服后,试件滞回曲线相对饱满;试件2层的荷载-层间位移比滞回曲线比1层饱满,2层的侧向变形程度比1层大;楼板的存在增加了框架梁的刚度,减少了梁上的裂缝数量;节点构造对结构抗侧刚度影响较小,对变形能力影响较大;加固震损后的结构,应该考虑结构刚度退化程度。在试验的基础上提出了内填Y形钢支撑的设计方法。     

配置HRB600E高强钢筋的混凝土柱抗震性能试验研究

HRB600E钢筋是一种新型高强度钢筋,为改善矩形柱抗震性能并推广HRB600E级高强钢筋的应用,通过对6个配置HRB600E钢筋的不同轴压比、不同钢筋强度和纵筋配筋率的混凝土矩形柱进行低周往复荷载试验,得到试件的滞回曲线、骨架曲线和纵筋应变曲线。对比分析高强钢筋混凝土柱的破坏特征、滞回特性、骨架曲线、刚度退化等抗震性能指标。研究结果表明:配置HRB600E高强钢筋的混凝土柱的破坏特征与配置普通钢筋的混凝土柱相似;通过减小轴压比或增加钢筋强度均能改善配置HRB600E高强钢筋试件的滞回特性、减缓刚度退化、提高试件的抗震性能;配置高强钢筋的构件与高强混凝土配合使用时受力性能更优。     

高轴压比高强混凝土足尺框架柱抗震性能研究

对9个高轴压比、高强纵筋、高强箍筋、高强混凝土井字箍矩形截面足尺框架柱进行了水平低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究,讨论了其破坏机理、破坏形态和滞回特性,分析了轴压比、混凝土强度、箍筋形式及配箍率等因素对试件滞回曲线、骨架曲线、刚度、承载力及延性的影响规律。研究表明:足尺框架柱破坏时混凝土脱落较为严重;高轴压比、高强钢筋、高强混凝土矩形截面足尺框架柱的滞回曲线较为扁平,耗能亦较差,下降段较陡且延性较差;柱中部箍筋非加密区由于纵向钢筋受压失稳而发生破坏导致试件的滞回曲线很扁,且几乎没有下降段;随着混凝土强度等级提高,骨架曲线的最大荷载对应的位移和极限破坏荷载对应的位移均较小,骨架曲线的下降段亦较陡。建议对高轴压比高强混凝土框架柱应沿着整个柱高加密箍筋。     

高强钢筋混凝土异形柱抗震性能试验研究

为了研究配箍率对T形柱和L形柱的破坏特征、滞回特性、刚度退化、延性性能、耗能能力的影响规律,采用拟静力试验方法,对4个高强钢筋的混凝土T形柱和L形柱进行低周往复荷载作用下的试验,分析构件的破坏特征、延性性能,绘制滞回曲线、刚度退化曲线以及等效黏滞阻尼比曲线。研究表明:高强钢筋和高强混凝土T形柱和L形柱的滞回曲线下降段较陡且延性较差;增加配箍率可以改善T形柱和L形柱试件的破坏特征和试件的滞回特性,增加T形柱和L形柱试件的耗能能力。     

Displacement-based seismic design of high-strength concrete frame columns

Based on the testing results of 108 high-strength concrete columns under constant axial loading and horizontal cyclic loading, the relations between the drift ratio at yield, the maximum displacement drift, the limiting displacement drift, the ductility ratio of testing columns and shear span-to-depth ratio, axial compression ratio, confining reinforcement characteristic values, the ratio of cover area to confined core area as well as longitudinal reinforcement ratio are discussed in this paper. Then the relations between limiting displacement drifts and axial compression ratio, confining reinforcement characteristic values and the ratio of cover area to confined core area are analytically regressed. Subsequently the relations between confining reinforcement characteristic values and axial compression ratio, the limiting displacement drift, and the practical formula used to calculate confining reinforcement characteristic values are put forward. In the end the minimum confining reinforcement characteristic values in the dense hoop regions of high-strength concrete columns are presented by comparatively analysis, and compared with ones in the design code (GB 50010-2002, P. R. China).     

边缘配置高强纵筋装配式中高强再生混凝土剪力墙抗震性能研究#br#

为促进高性能绿色建筑结构发展,推动高强钢筋和中高强再生混凝土的工程应用,研发了边缘构件采用环筋扣合连接方式且配置高强纵筋的装配式中高强再生混凝土剪力墙,对6个剪跨比为2.2的装配式混凝土剪力墙进行了低周反复荷载试验。分析了不同再生粗骨料取代率、混凝土强度、边缘暗柱纵筋强度及搭接位置对装配式再生混凝土剪力墙的破坏形态、滞回性能、承载力、延性、刚度退化规律、耗能能力等抗震性能指标以及可恢复性能的影响。试验结果表明：边缘构件配置高强钢筋的装配式中高强再生混凝土剪力墙的破坏形态以弯曲破坏为主;再生粗骨料取代率对装配式中高强再生混凝土剪力墙的承载力、延性和耗能能力影响不大,各剪力墙均具有较好的抗震性能;边缘暗柱采用HRB600纵筋可有效提高装配式中高强再生混凝土剪力墙的承载力、耗能能力和可恢复性能;边缘暗柱纵筋在剪力墙底部塑性铰区搭接,会导致装配式中高强再生混凝土剪力墙的延性明显下降。给出了边缘配置HRB600纵筋的装配式中高强再生混凝土剪力墙水平承载力计算式,计算结果表明普通混凝土剪力墙的水平承载力计算模型同样适用于该装配式剪力墙结构。     

Displacement-based seismic design of high-strength concrete frame columns

Based on the testing results of 108 high-strength concrete columns under constant axial loading and horizontal cyclic loading, the relations between the drift ratio at yield, the maximum displacement drift, the limiting displacement drift, the ductility ratio of testing columns and shear span-to-depth ratio, axial compression ratio, confining reinforcement characteristic values, the ratio of cover area to confined core area as well as longitudinal reinforcement ratio are discussed in this paper. Then the relations between limiting displacement drifts and axial compression ratio, confining reinforcement characteristic values and the ratio of cover area to confined core area are analytically regressed. Subsequently the relations between confining reinforcement characteristic values and axial compression ratio, the limiting displacement drift, and the practical formula used to calculate confining reinforcement characteristic values are put forward. In the end the minimum confining reinforcement characteristic values in the dense hoop regions of high-strength concrete columns are presented by comparatively analysis, and compared with ones in the design code (GB 50010-2002, P. R. China). __________ Translated from Journal of Tongji University (Natural Science), 2007, 35(2): 143–148 [译自: 同济大学学报(自然科学版)]