HSRC框架柱抗震性能试验研究

收稿日期 : 2010 04 17 基金项目 : 重庆市建设委员会基金资助项目 ( 重庆市建设委员会城科字 2004 第 25号 ) 作者简介 : 冯宏 ( 1971 - ) , 女, 博士研究生 , 研究方向为 H SR C 结构 , E m ai:l 514798787 @ qq . com
706 C60~ C80、 剪跨比
!
( a) 构件立面图
( b) 框架柱截面尺 寸及配筋
( c) 柱头截面尺寸及配筋 F ig . 1
( d) 柱底座截面尺 寸及配筋
图 1 试件的截面尺寸及配 筋 Sec tiona l di m ension and re inforce m ent of spec i m ens
第 5期
冯宏等 : H SRC 框架柱抗震性能试验研究 时, 停止加载, 认为试件破坏.
Experi m ental Research on A seis m ic Behaviors of H igh Strength R einforced Concrete F ra m e Columns
FENG H ong, LI L iren, CHEN Yongqing
( School o f C iv il Eng ineering , Chongq ing U n ive rsity , Chongqing 400045, China)
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19 个 H SRC 框 架 柱 试 件 的 截 面 尺 寸 均 为 200 mm ! 180 mm; 纵向 4 根钢筋 均采 用直 径为 12 mm 的 HRB335 热轧 钢筋 , 纵筋 的配 筋率 均为 1 . 26 % ; 型钢采用热轧普通工字钢和 H 型钢 ; 箍筋 采用 HRB235 热轧钢筋 . 本文研究含钢量、 轴压比、 剪跨比、 配箍率以及混凝土 强度等级 5 个参数对 H SRC 框架柱抗震性能的影响. 本试验采用悬臂梁 式加载方法 . 加载装置同文献 [ 12] , 如图 2 所示 . 试验时先在柱顶施加竖 向荷载, 再施加水平 力 . 水平力加载采用荷载与位移双控 , 屈服前按荷 载控制 , 分级施加水平荷载, 每级 20 kN; 在钢筋应 变值接近屈服时 , 每次加载为 5~ 10 kN, 直至试件 屈服; 屈服后按位移控制加载, 每级增加 1 个屈服 位移值 , 每个位移值循环 3 次; 当竖向荷载无法保 持 稳定或 水平荷载 下降到最 大荷载的 70 % 以下
文章编号 : 0258 2724( 2010) 05 0705 08
HSRC 框架柱抗震性能试验研究
冯
摘
宏,
李立仁,
陈永庆
( 重庆大学土木工程学院 , 重庆 400045) 要 : 为了研究 HSRC( h igh strength reinforced concrete) 框架柱的抗震 性能 , 对 19 根 H SRC 框架柱采用低 周反
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在低周反复荷载作用下, 试件截面在压弯剪共 同作用下, 其破坏形态主要为弯曲型破坏和弯压粘 结破坏 . 试件破坏形态见表 1. ( 1) 弯曲型破坏 在柱根附近出现水平受弯裂缝, 随着荷载的增 加 , 受弯裂缝自右向左水平延伸. 当延伸到型钢翼 缘附近时, 由于受到翼缘的约束 , 发展缓慢 , 且有部 分水平裂缝开始斜向柱根发展为弯剪裂缝 . 随着往 复循环加载 , 弯剪斜裂缝发展缓慢, 水平受弯裂缝 发展迅速, 水平受弯裂缝在柱根处的拉区与压区贯 通 , 构件屈服 ; 增加位移且随着荷载的往复循环 , 柱 根裂缝宽度加大 , 水平荷载下降 . 继续往复加载 , 柱 根处混凝土大面积压溃, 纵筋屈服外鼓 , 型钢局部 屈曲, 试件的承载能力迅速下降 , 试件破坏 . 弯曲型 破坏的破坏过程较为缓慢 , 纵筋、 型钢屈服变形 , 延 性良好 . ( 2) 弯压粘结破坏 在试件根部附近侧面出现水平受弯裂缝. 随着 荷载的增加 , 受弯裂缝延伸至正面, 并逐渐斜向发 展成剪切裂缝. 在斜裂缝出现后的一段时期内, 受 弯裂缝和剪切斜裂缝的发展非常缓慢 , 几乎停止发 展 ; 继续加载 , 在型钢受压翼缘外侧突然出现沿柱 高方向的竖向裂缝 . 竖向裂缝出现后发展迅速, 试 件很快屈服 . 随着荷载的增加和往复循环 , 水平受 弯裂缝和斜向受剪裂缝发展缓慢, 竖向裂缝不断加 宽和增多, 最终导致型钢翼缘外侧混凝土大面积劈 裂剥落 , 水平荷载急剧下降 , 试件破坏 . 弯矩压应力 和轴压力的叠加作用导致竖向裂缝在受压区出现. 大多数试件的后期破坏表现出一定的粘结滑移破 坏特征 , 故称之为弯压粘结破坏. 发生弯压粘结破 坏试件的延性比弯曲型破坏试件的延性差 . 由于本试 验剪跨比 均大于等 于 3 , 属 于中长 柱 , 试件几乎没有发生短柱受压弯剪作用时发生的 剪切斜压和剪切粘结破坏 . 2 . 2 滞回曲线 结构或构件在力循环往复作用下的力 变形曲 [ 13 14] 线称为滞回曲线 . 根据构件在反 复水平荷载 下的滞回曲线形状, 可 以分析构件的 抗震滞回特 性 . 滞回曲线越饱满, 表明构件耗散地震能量的 能力越强, 抗震性能越好. 各试件的实测典型荷载 位移滞回曲线 ( P ! 曲线 ) 见图 4. 由图 4 可见 : ( 1) 每次加载过程中 , 曲线斜率随荷载的增大
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2 . 5 的 H SRC 柱的受力性能 3的 H SRC 框架柱
Leabharlann Baidu
了 H SRC 框架柱的滞回曲线 , 分析了各构件的骨架 曲线和延性比 , 以及含钢量、 轴压比、 配箍率、 剪跨 比、 混凝土强 度等因素对 H SRC 框架柱 的滞回特 性、 骨架曲线、 延性比等抗震性能的影响 .
1 试验概况
试件参数见表 1 . 试件的截面尺寸及配筋见图 1 .
表 1 试件参数与试验结果 T ab. 1 Speci m ens and test results 试件编号 HSRC 1 HSRC 2 HSRC 3 HSRC 4 HSRC 5 HSRC 6 HSRC 7 HSRC 8 HSRC 9 HSRC 10 HSRC 11 HSRC 12 HSRC 13 HSRC 14 HSRC 15 HSRC 16 HSRC 17 HSRC 18 HSRC 19 混凝 土强度 /M P a 含钢率 /% 84. 4 3 . 98 71. 5 5 . 03 73. 3 5 . 98 75. 6 7 . 26 73. 2 5 . 03 69. 9 5 . 03 78. 9 6 . 08 82. 2 6 . 08 81. 8 6 . 08 81. 0 3 . 98 80. 0 5 . 03 81. 9 6 . 08 82. 5 8 . 42 82. 5 6 . 08 78. 7 6 . 08 77. 3 6 . 08 78. 0 6 . 08 77. 3 6 . 08 77. 9 6 . 08 剪跨比 5 5 5 5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 试验轴压比 体积配箍率 0. 26 0 . 89 0. 26 0 . 89 0. 26 0 . 89 0. 26 0 . 89 0. 22 0 . 89 0. 30 0 . 89 0. 26 1 . 12 0. 26 1 . 50 0. 26 1 . 92 0. 26 0 . 89 0. 26 0 . 89 0. 26 0 . 89 0. 26 0 . 89 0. 22 0 . 89 0. 30 0 . 89 0. 34 0 . 89 0. 26 1 . 12 0. 26 1 . 50 0. 26 1 . 92
第 45 卷 第 5 期 2010 年 10 月
西 南 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF SOUTHW EST JI AOTONG UN IVERSI TY
DO I : 10. 3969 / . j issn . 0258 2724. 2010. 05. 009
V o.l 45 N o . 5 O ct . 2010
F ig . 2
图 2 加 载装置示意 Sketch draw ing o f loading dev ice
2 试验结果分析
2 . 1 破坏形态及破坏过程分析 各试件的最后破坏形态如图 3 所示 .
图 3 试件的破坏形态 F ig. 3 F ailure patterns o f speci m ens
Abstract : In order to in vest ig ate the fa ilu re m ode and se ism ic behav io rs of high strength reinforced concrete ( H SRC ) fram e columns under the com bined action of com pression , bending and shear , quasi static experi m ents on 19 such fram e columns under low cyclic reversed lo ad ing were conducted . The in flu ences of param eters such as stee l conten, t ax ia l compressio n ratio s, stirrup rat io, shear span rat io and concrete strength on th e seism ic behav io rs of the H SRC fram e co lu m ns w ere analyzed . The resu lts show that th e ulti m ate bearing capacity and ductility of H SRC co lu m ns i m proves considerab ly, com pared w ith reinforced concrete ( RC ) co lumns; and hence th e seism ic perfor m ance of the H SRC co lum ns is rem arkably better . Under the com bined act io n of com pression , bend ing and shear , steel conten, t shear span ra tio and concrete streng th p la y m ore dom in ant ro les than other param eters in enhancin g the seism ic perfo r m ance of H SRC co lum ns . The rat io na l param eters for H SRC co lum ns w hose is not less than 3 are 3 . 5 % 4 . 5 % steel conten, t 0 . 45 0 . 60 ax ial com pression rat io s , and 0 . 8 % 1 . 0 % transverse reinforce m ent rat io. K ey w ord s : H SRC fram e co lum ns; cyclic loading; hysteresis curves; keleton curves; duct ility rat io; ase ism ic behav iors 型钢高强钢筋混凝土 ( high strength re in forced concrete , H SRC ) 结构结合了高强钢筋混凝土 ( high streng th concrete , HRC )结构强度高与钢结构延性 好的优点, 克服了 HRC 结构脆性大, 抗震性能差和 钢结构耐久性、 耐火性差的缺点, 广泛运用到高层 与超高层建筑中 . 文献 [ 1 5] 对 H SRC 框架柱的抗 震性能进行了试验研究 , 但 集中在 C70 及以下的 混凝土强度等级 , 文献 [ 6 8] 对混凝土强度等级为
复加载方法进行拟静力 试验 . 研究了 HSRC 框架柱在压弯剪共同作用下的破坏特征和抗震性 能 ; 分 析了含钢量、 轴压比、 配箍率、 剪跨比以及 混凝 土强度 对 H SRC 框 架柱抗 震性 能的 影响 . 结 果表 明 : 与普 通 R C 框 架柱 相比 , HSRC 框架柱极限承载力与延性显 著提高 , 抗震性能明显改善 ; 在压弯剪 共同作用下 , 含钢量、 剪跨比、 混凝土强 度对 H SRC 框架柱的抗震性能影响较大 , 轴压比、 体积配箍率对 H SRC 框架柱的抗震性能 影响较小 ; 剪跨比 大于 等于 3 的 HSRC 框架柱的经济合理参数为: 含钢量 3 . 5 % ~4 . 5 %; 设计轴压比 0 . 45~ 0 . 60 ; 体积配箍率 0 . 8 % ~ 1. 0%. 关键词 : H SRC 框架柱 ; 低周反复加载 ; 滞回曲线 ; 骨架曲线 ; 延性比 ; 抗震性能 中图分类号 : TU 398 文献标识码 : A
进行了 试验研究. 对剪跨比
的受力性能研究未见报道. 为了研究 H SRC 框架柱 的受力性能 , 本文在文献 [ 9 11] 的基础上 , 对 19 根 3 、 混凝土强度等级为 C70~ C80 的 H SRC 框架 柱进行了低周反复加载试验 , 研究了 H SRC 框架柱 在压弯剪共同作用下的破坏特征和抗震性能, 获得
V
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破坏形态 弯曲 弯压粘结 弯压粘结 弯曲 弯压粘结 弯压粘结 弯曲 弯曲 弯压粘结 弯曲 弯压粘结 弯压粘结 弯曲 弯压粘结 剪切斜压 弯压粘结 弯压粘结 弯曲 弯压粘结
延性比 5. 3. 3. 4. 3. 2. 2. 3. 3. 3. 2. 2. 3. 3. 3. 2. 1. 2. 3. 36 19 37 89 97 37 70 23 36 76 46 82 66 88 19 79 89 67 84