高延性混凝土加固钢筋混凝土柱抗震性能试验研究_

Experimental study on seismic behavior of reinforced concrete column strengthened with high ductile concrete
DENG Mingke1 ，ZHANG Yangxi1 ，HU Hongbo1，2 （ 1． School of Civil Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology，Xi’an 710055，China；
2． Guangzhou Institute of Building Science Co．，Ltd，Guangzhou 510440，China）
Abstract： In order to study the mechanical behavior of reinforced concrete columns strengthened with high ductile concrete （ HDC ） ，eight reinforced concrete columns were designed and strengthened with HDC jacket and high performance composite mortar jacket． The failure modes，deformation capacity and energy dissipation capacity of the specimens were studied by low cyclic loading tests． The test results show that HDC jacket could provide good constraining at the core concrete． The failure mode is changed from brittle failure to ductile failure，and the bearing capacity，ductility and energy dissipation capacity of the strengthened columns are significantly improved after strengthening． The good synergic work performance between HDC jacket and concrete could take advantage of the high damage tolerance capacity of HDC，and the HDC jacket is much more effective than the mesh reinforced high performance composite mortar in behavior enhancement of the columns． Configuring mesh reinforcements in the HDC jacket could improve the constraining effect of the jacket on the inner concrete，and further improve the ductility and energy dissipation capacity of the strengthened columns，but contribute little to the bearing capacity of the strengthened columns． Using HDC jacket to strengthen concrete columns could reduce the damage degree of the vertical components and improve the seismic behavior of the components． Keywords： reinforced concrete column； high ductile concrete； strengthening； low cyclic loading test； seismic behavior
1. 1 试件设计及制作 试验中共设计并制作 8 个 ＲC 柱试件，编号分别
为 Z-1 ～ Z-8，试 件 加 固 前 截 面 尺 寸 均 为 250 mm × 250 mm，剪跨比 λ = 3 ，混凝土设计强度等级为 C40， 纵筋为 6 16，箍筋为 8@ 100。各试件加固前的几 何尺寸及配筋如图 1 所示。
高延性混凝土加固钢筋混凝土柱抗震性能试验研究
邓明科1 ，张阳玺1 ，胡红波1，2 （ 1． 西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西西安 710055； 2． 广州市建筑科学研究院有限公司，广东广州 510440）
摘要： 为研究高延性混凝土（ HDC） 加固混凝土柱的受力性能，设计了 8 个 ＲC 柱，采用 HDC 和高性能复合砂浆进行加固，通 过低周反复荷载试验，研究其破坏形态、变形和耗能能力。试验结果表明： 采用 HDC 围套加固混凝土柱，可对核心区混凝 土形成较好的约束作用，破坏形态由脆性破坏向延性破坏转变，加固柱的承载力、延性和耗能能力都得到显著提高； HDC 加 固层能与混凝土较好地协调工作，可充分发挥 HDC 的高耐损伤能力，其加固效果明显优于高性能复合砂浆钢筋网加固； 在 HDC 加固层配置钢筋网，可提高加固层对内部混凝土的约束作用，进一步提高加固柱的延性和耗能能力，但对其承载力的 贡献较小； 采用 HDC 围套式加固混凝土柱，可减轻竖向构件的损伤程度，提高其抗震性能。 关键词： 钢筋混凝土柱； 高延性混凝土； 加固； 低周反复加载试验； 抗震性能 中图分类号： TU375. 3 TU528. 572 TU317. 1 文献标志码： A
表 1 试件主要参数和加固方案 Table 1 Main parameters of specimens
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试件 加固 编号 面层 Z-1 — Z-2 HDC-1 Z-3 HDC-2 Z-4 HDC-1 Z-5 复合砂浆 Z-6 — Z-7 HDC-1 Z-8 复合砂浆
钢筋 网片
— — — 6@ 80 6@ 80 — 6@ 80 6@ 80
Fig． 1
图 1 试件几何尺寸及配筋 Dimensions and reinforcement arrangement
of specimens
未加固试件 Z-1、Z-6 作为对比试件，试件 Z-5、 Z-8 采用高性能复合砂浆钢筋网进行加固，其余 4 个 试件均采 用 HDC 围 套 加 固，每 侧 加 固 层 厚 度 均 为 30 mm，被加 固 试 件 均 对 柱 身 通 长 加 固。试 件 Z-2、 Z-3 加固层中 未 配 置 钢 筋 网 片； 试 件 Z-4、Z-5、Z-7、 Z-8 在加固层配置 6 @ 80 的钢筋网片。加固前，首 先对试件表 面 进 行 凿 毛 处 理，再 将 竖 向 钢 筋 网 植 入 底座梁进行锚固。试件 Z-2 的 HDC 加固层采用人工 压抹施工，其 余 加 固 试 件 的 加 固 层 均 采 用 模 板 浇 筑 施工。试件主要设计参数和加固方案见表 1。
已有研究［2-3］表明，钢 丝 网 水 泥 围 套 加 固 混 凝 土 柱，可提高其延性和耗能能力。尚守平等［4］ 进 行 了 钢筋网高性能复合砂浆加固混凝土柱的抗震性能试 验研究，结果 表 明 加 固 层 能 有 效 提 高 试 件 的 承 载 力 和延性。胡克旭等［5］ 采 用 新 型 混 凝 土 材 料 加 固 震 损 ＲC 框架柱，研究了不同震损程度和加固方式对试件 抗震性能 的 影 响。 结 果 表 明，加 入 钢 丝 网 对 提 高 试 件耗能能力的作用明显。该加固方法可以提高混凝 土柱的承载力和延性，但由于加固材料本身的脆性， 导致加固层 容 易 剥 落，无 法 从 根 本 上 改 善 高 轴 压 比 下混凝土柱的脆性破坏特征。
建筑结构学报 Journal of Building Structures 文章编号： 1000-6869（ 2017） 06-0086-09
第 38 卷 第 6 期 2017 年 6 月 Vol. 38 No. 6 June 2017
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DOI： 10． 14006 / j． jzjgxb． 2017． 06． 010
基金项目： 国家自然科学基金项目（ 51578445） ，西安市科技计划项目（ CX13135-3） 。 作者简介： 邓明科（ 1979— ） ，男，四川南充人，工学博士，教授。E-mail： dengmingke@ 126. com 收稿日期： 2016 年 7 月
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0 引言
1 试验概况
我国是世界上地震灾害多发的国家之一，汶 川 地 震 中 ，钢 筋 混 凝 土 柱 的 剪 切 破 坏 是 震 区 框 架 结 构 的 主 要 破 坏 形 态 之 一［1］，柱 剪 切 破 坏 后 通 常 难 以 修 复 。 因 此 ，采 用 有 效 的 加 固 方 式 提 高 混 凝 土 柱 的 抗 震 性 能，对 减 轻 震 害 和 控 制 结 构 的 损 伤 具 有 重 要 意义。
设计
加固前
加固后
轴压比 b / mm h / mm b / mm h / mm
0. 6 250 250 — —
0. 6 250 250 310 310
0. 6 250 250 310 310
0. 6 250 250 310 310
0. 6 250 250 310 310
0. 8 250 250 — —
为推广 ECC 在混凝土结构中的应用，本课题组 采 用 ECC 设 计 理 论 配 制 了 高 延 性 混 凝 土 （ high ductile concrete，HDC ） ，对 其 受 压 韧 性［14］ 和 受 弯 性 能［15］进行了研究，并将其用于改善混凝土短柱［16］和 深梁［17］的脆性 破 坏，均 取 得 了 良 好 的 效 果。 在 此 基 础上，本文中采用 HDC 围套加固混凝土柱，以提高其 抗震性能和耐损伤能力，通过拟静力试验，分析 HDC 加固层对柱 的 破 坏 形 态、变 形 能 力 及 耗 能 能 力 的 影 响，并与高性能复合砂浆加固方法进行比较，为 HDC 加固混凝土柱的设计与工程应用提供参考。
0. 8 250 250 310 310
0. 8 250 250 310 310
注： 试件 Z-3 采用国产纤维制备 HDC-2，其余试件均采用日本纤维 制备 HDC-1。
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1. 2 材料力学性能 试验中采用的 HDC 由普通硅酸盐水泥、粉煤灰、
水 泥 基 复 合 材 料 （ engineered cementitious composite，ECC） 是一种具有高韧性、高抗裂性能和高 耐损伤能力的新型结构材料。研究［6-7］表明： ECC 受 拉或受剪破坏时具有多裂缝开展和应变硬化特性， 将 ECC 替代混凝土用于结构构件或特殊部位，能显 著改善其脆性，提高构件的承载力、延性和耐损伤能 力［8-9］。ECC 还可用于结构修复加固，张远淼等［10］进 行了 ECC 修复震损剪力墙抗震性能试验研究，结果 表明，采用 ECC 加固后，试件承载力得到恢复，延性、 耗能能力显 著 提 高，破 坏 模 式 由 脆 性 破 坏 转 化 为 延 性破坏。邓明科等［11-12］将 ECC 用于加固砌 体 墙，发 现 ECC 面层可显著提高砌体墙的抗震性能。徐世烺 等［13］采 用 超 高 韧 性 水 泥 基 复 合 材 料 （ ultra high toughness cementitious composite，UHTCC） 加固钢筋混 凝土梁，有效提高了梁的承载力和抗裂性能。