钢筋混凝土柱低周疲劳损伤后的静力性能试验

第24卷 第2期2011年3月

中 国 公 路 学 报

China Journal of Hig hw ay and T ransport

Vol.24 No.2

M ar.2011

文章编号:1001-7372(2011)02-0062-08

收稿日期:2010-07-04

基金项目: 十一五 国家科技支撑计划项目(2006BAJ 27B02);国家西部交通建设科技项目(2009318223093)作者简介:韩 冰(1973-),男,黑龙江双城人,副教授,工学博士,E -mail:bhan@ 。

钢筋混凝土柱低周疲劳损伤后的静力性能试验

韩 冰1,钟 铭2,王元丰1

(1.北京交通大学土木建筑工程学院,北京 100044; 2.中国建筑科学研究院,北京 100013)

摘要:针对当前公路混凝土桥梁中普遍采用的柱式桥墩的典型情况和地震作用形式,设计了试验模型和试验方法。首先进行了低周疲劳试验,低周循环分为4个阶段,分别为弹性开裂阶段、屈服阶段和2类屈服后阶段。然后在循环完成后分别进行静力推倒和轴心受压破坏试验,研究了柱式桥墩模型在反复荷载作用下的损伤发展以及循环完成后的承载能力和变形能力,并分析了剪跨比、轴压比和纵筋配筋率等对钢筋混凝土柱损伤发展的影响。结果表明:水平低周疲劳效应对钢筋混凝土柱水平承载力的降低影响较大,对轴压承载力影响较小。研究结论可为震后桥梁性能评估、加固提供理论支持。

关键词:桥梁工程;钢筋混凝土柱;模型试验;静力性能;低周疲劳;损伤;承载力中图分类号:U 448.34 文献标志码:A

Experiment on Static Characteristic of Reinforced Concrete Column

After Low -cyclic Fatigue Damage

H AN Bing 1

,ZH ONG M ing 2

,WANG Yuan -feng

1

(1.Schoo l of Civ il Eng ineering,Beijing Jiaotong U niversity,Beijing 100044,China;

2.China A cademy o f Building Resea rch,Beijing 100013,China)

Abstract:Aimed at gener al sty le of pier w hich w as applied to highw ay co ncrete bridg e and acting feature of earthquake,test m odel and exper im ental method w ere desig ned.Firstly,low -cy cle fatigue test w hich inclued fo ur stages w as carried out.Fo ur steps of low -cycle lo ading w er e set in

acco rdance w ith elastical cracking phase,yielding phase,and tw o phases after y ielding.A fter low -cy cle loading,static push -ov er tests and ax ial compressio n tests of the damag ed columns w ere carried out.Damage state,horizontal load -deformation and residual bearing capacity of column piers under iterative loading w ere studied.Based on the wo rk mentioned in abo ve,effects of shear -span r atio,ax ial load ratio and longitudinal reinforcement ratio on dam ag ed state of reinforced concr ete co lum ns w ere analyzed.Results sho w that the degeneration of horizo ntal bearing capacity of the column is sig nificantly influenced by ho rizontal low -cy cle fatigue effect after low -cy cle lo ading ,w hile the degener ation of v ertical bear ing capacity is little influenced by it.Research conclusions can pro vide theoretical suppo rt for evaluation and r einfor cement of bridge after seism.

Key words:bridg e engineering;reinfo rced concr ete co lum n;model test;static characteristic;low -cycle fatigue;dam age;bear ing capacity

0引 言

各国学者进行了大量反复荷载作用下钢筋混凝

土墩柱滞回试验,分别讨论了低周疲劳作用下柱的损伤发展和滞回特性[1-3],分析了轴压比[4]、抗力衰减规律[5]、裂面效应[6]、不同截面形状[7-8]的影响等,并通过所建立的恢复力计算模型[9-11]

反映实际结构强度和刚度退化的力学性能。在反复荷载试验的基础上,形成了多个钢筋约束混凝土滞回模型[12-20],用于对低周疲劳构件进行分析,并对低周疲劳作用下钢筋混凝土柱的破坏准则[21]

进行了研究。王敏[22]

完成了不同轴压比下钢筋混凝土柱在固定正负位移界限之间的重复水平加载试验,并证实在柱的抗侧向力刚度随循环次数的增加而不断退化的同时,柱截面某个混凝土纤维在各个循环中所达到的压应变也随循环次数的增加而逐步有所增大。但上述试验研究对损伤产生后钢筋混凝土柱静力性能的研究极少,而这恰恰是钢筋混凝土桥梁在地震损伤后评估、加固分析中所迫切需要的。

针对当前公路混凝土桥梁中普遍采用的典型柱式桥墩,本文中设计了试验模型,通过低周疲劳试验以及低周疲劳损伤后的静力推倒和轴心受压破坏试验,分析模型柱在反复荷载作用下的损伤性能及循环完成后的静力性能,为震后桥墩的评估、加固奠定基础。

1

试验概况

1.1

试验目的

本试验的主要目的是: 研究钢筋混凝土柱在

反复荷载作用下的损伤发展; 研究钢筋混凝土柱水平滞回损伤对柱水平变形性能及承载力的影响;

的影响。1.2

试验模型设计

墩,其截面形式通常为矩形、圆形或矩形带圆等,纵向钢筋一般采用 级和 级(H H RB335)钢筋,配筋率通常在0.8%~4%之间,用的配筋率为1%~3%,在C20~C40之间,轴压比常在10%~30%之间,向钢筋混凝土保护层净厚度不小于25m m 。

根据实际的典型柱式桥墩情况,试验条件,把模型截面选为200m m 200m m 方形,墩高定为950、450mm 两种,考虑水平加载点

的布置,实际墩高分别为1100、600mm 。图1为墩高950mm 、配筋H RB335 12的试验模型大样和配筋布置,H RB400 18配筋方式与此相同。试验中墩柱模型的实际剪跨比为4.75和2.25,属于典型的弯曲破坏型和剪弯混合破坏型桥墩。

图1试验模型大样及配筋布置(单位:mm)

Fig.1

Configuration of Test Model and

Layout of Reinforcement (Unit:mm)

本次试验重点研究不同滞回损伤对墩柱承载力和变形性能降低的影响,在固定了混凝土强度和箍筋间距的条件下,选择剪跨比、轴压比、纵筋配筋率

和强度作为试验研究的基本参数。

根据试验研究要求,制作了2个短柱模型和10个钢筋混凝土墩柱模型,分别用于测试柱的实际轴压破坏荷载和低周疲劳损伤后的静力性能。模型的具体设计参数和试验类型见表1(No.1、No.2柱为短柱模型,其余为墩柱模型)。10个钢筋混凝土墩柱模型截面尺寸相同:高为600mm 的试件6个,包括纵筋配筋率1.356%的4个,纵筋配筋率2.545%的2个;高为1100m m 的试件4个,包括纵筋配筋率1.356%的3个,纵筋配筋率2.545%的1个。

表1

模型设计参数及试验类型

Tab.1

Design Parameters of Model and Test Types

63

第2期 韩 冰,等:钢筋混凝土柱低周疲劳损伤后的静力性能试验