钢筋混凝土短柱利用外包钢板箍抗震加固的设

YH
h 0 + 0107N
( 3)
适用条件 011≤
N ≤110 bh 0 f c
式中: Κ < 115 时取 Κ = 115, Κ > 310 时取 Κ = 310; N > 018bh 0 f c 时取 N = 018bh 0 f c; Κ为剪跨比; N 为柱承 受的轴向压力; A
K
为箍筋面积; f
GBJ 10289 规定的钢筋混凝土柱正截面强度的计算。
得到人为的控制, 使构件可由脆性破坏转变为延性 破坏, 使构件的承载力得到最大的发挥, 相对其脆性 破坏提高了构件的承载能力, 因此其正截面强度仍 按 GBJ 10289 规定计算。 ( 10) 外包钢板箍钢筋混凝土柱的斜截面强度按 如下规定计算。 ①连续布置钢板箍时
钢筋混凝土短柱利用外包钢板箍 抗震加固的设计
晏兴威
( 长安大学 建筑与环境工程学院, 陕西 西安 710064)
摘 要: 针对钢筋混凝土柱的震害特点, 结合钢板箍对钢筋混凝土柱的约束原理, 提出了利用外包 钢板箍抗震加固的设计建议。 关键词: 钢筋混凝土短柱; 钢板箍; 抗震加固 中图分类号: TU 37513 文献标识码: A
第 4 期 晏兴威: 钢筋混凝土短柱利用外包钢板箍抗震加固的设计 47 能力和变形能力都相应提高。 但当外包钢板箍的厚 度超过某一特定厚度时, 其约束效果将不再显著, 且 在钢板箍边缘产生较大的应力集中, 使构件局部破 坏早于整体破坏。 相反钢板箍的厚度较小时, 将在构 件破坏前产生约束失效的不利观象, 同时又不利于 施工 ( 焊接困难) 。 以实验研究为基础, 从理论上求得 钢板箍的合理厚度。 ( 5) 钢板箍的高度宜取柱截面高度 (h ) 。 钢板箍 高度的大小, 影响到核心混凝土的强度, 从而影响到 构件的承载力和变形能力的大小。 钢板箍的高度大, 对核心混凝土的约束区大, 则混凝土的抗压特性就 能充分发挥; 钢板箍的高度小, 对核心混凝土约束区 小且约束作用小。 因此钢板箍的最佳约束高度必须 保证一定的约束效果又能达到节约材料等条件, 以 达到控制钢筋混凝土短柱破坏形态的目的。 ( 6 ) 端部钢板箍之间的距离宜取柱截面高度的 二分之一 1 2h 。外包钢板箍可以改善钢筋混凝土 高轴压柱的承载能力和变形能力, 甚至可以改变其 破坏状态, 控制其破坏截面的位置, 对抗震有利。 但 当钢板箍之间的距离过大时, 则不能达到上述目的, 只能在一程度上改善结构的承载能力, 并不能防止 高轴压短柱的脆性破坏; 而当钢板箍之间的距离过 小时, 约束效果虽然很好, 但浪费钢材, 且对结构的 变形不利; 外包钢板箍的最佳距离能够提高钢筋混 凝土柱的承载能力和变形能力, 节约材料, 控制构件 的破坏形态和破坏截面的位置。 ( 7 ) 矩形截面柱钢板箍的焊接缝宜在柱截面高 度 的 中 部, 严 禁 在 角 部 施 焊, 焊 缝 质 量 必 须 满 足 GBJ 17288 第八章的构造要求。 钢板箍的制作为冷加工, 这就使钢板箍的角部 和边缘产生硬化, 特别是角部, 从而引起钢板箍角部 应变能力相对减小, 而中部则不存在这个问题, 从钢 板箍的应变分布图可见, 钢板箍边缘处和角部的应 变仍大于中间部位, 这是由于混凝土压应变在角部 最大和混凝土在角部系两向向外膨胀。 另外, 钢板箍 角部变形受到相邻两个面的约束, 而中部则可以自 由地向外凸出, 因而在钢板箍的角部禁止施焊。 ( 8) 外包钢板箍钢筋混凝土柱, 可用于抗震设计 和抗震加固。 后加外包钢板箍钢筋混凝土短柱多用 于抗震加固, 属震后处理, 亦可用于抗震设计。 ( 9 ) 外包钢板箍钢筋混凝土柱的正截面强度按
收稿日期: 2001209222 作者简介: 晏兴威 (19632) , 男, 陕西户县人, 长安大学讲师
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210 cm 空隙。为防止钢板箍在柱变形较大时不与梁
底、 楼板面之间接触而受压, 影响钢板箍正常发挥其 对柱端混凝土的约束。 ( 4) 钢板箍的厚度宜取柱截面高度的 1◊ 。外包 钢板箍钢筋混凝土高轴压柱的钢板箍厚度越厚, 约 束核心混凝土的约束效果越好, 从而使构件的承载
防止剪切或粘着破坏, 则需要进一步的加固, 再使用 钢板箍约束, 直至非钢板箍段为 Κ ″ = Κ - n ≤015 时, 则可以防止构件的剪切破坏和粘着破坏等脆性破坏
钢筋混凝土柱震害主要呈现混凝土破碎、 剥落、 剪切斜截面滑移破坏和粘着破坏, 外加钢板箍, 可以 约束混凝土, 防止混凝土被压酥而剥落, 因而可以防 止构件的滑移破坏, 并能增加混凝土和钢筋之间的粘 着力而防止粘着破坏的发生, 可以使构件保持钢筋混 凝土柱固有的承载力, 在大变形下耗散地震能量。 钢筋混凝土柱震害, 对于剪跨比 Κ = H 2h ≥ 4 时属柱端局部破坏, 对于框架柱 ( 剪跨比 Κ < 4) , 可 能在较大区段或全柱破坏。 为了有效的使用钢材, 只 在可能发生破坏的部位外加钢板箍以约束混凝土, 防止钢筋混凝土柱的脆性破坏。 对于剪跨比 3 ≤Κ < 4 的框架柱, 在柱端后加高 度等于截面高度的钢板箍后, 非钢板箍约束将为 Κ ′
[ 1 ] 晏兴威. 分段外包钢板箍 RC 柱抗震性能的试验研究 [J ]. 西安公路交通大学学报, 2001, ( 4) : 73—74. [ 2 ] 李 东. 钢筋混凝土框架高轴压长柱局部外包钢板箍
的压弯剪性能 [D ]. 西安: 西安建筑科技大学, 2000.
钢筋混凝土短柱外包钢板箍后可使构件的破坏状态
= Κ - 1≤3 的短柱, 可能发生剪切或粘着破坏。为了
的发生。 本文根据文献 [ 1 ] 和文献 [ 2 ], 提出如下外包 钢板箍钢筋混凝土柱的设计建议。 ( 1 ) 对于剪跨比 Κ < 4 的钢筋混凝土框架柱, 钢 板箍可连续布置或分段布置。 一般地对于剪跨比 2≤Κ < 4 的框架柱采用分段 布置钢板箍, 对于剪跨比 Κ < 2 的短柱采用连续布置 钢板箍。 ( 2 ) 对于剪跨比 Κ ≥4 的钢筋混凝土柱, 可在柱 端只设置一道或几道钢板箍, 钢板箍外非约束区长 度与柱截面高度之比不宜小于 3。 ( 3) 钢板箍和梁底, 楼板面之间宜预留有 115 ～
第 22 卷 第 4 期 2002 年 7 月
长安大学学报 ( 自然科学版) Journal of Chang ′ an U niversity (N atural Science Edition )
V o l122 N o 14 J u ly 2002
文章编号: 167128879 (2002) 0420046202
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[ 责任编辑 孙守增 ]
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Abstract: A cco rd ing to the cha racterist ic of the concrete co lum n under ea rthquakes, the rest ric2 t ion of steel p la te hoop s to R. C. co lum n a re ana lyzed, som e p ropo sit ion to design the steel p la te hoop s a re p u t fo rw a rd. Key words: R. C. sho rt co lum n; steel p la te hoop s; a seism a t ic st reng then ing
∃Y =
2
( 4) ( 5)
2
K = 1+
′
P ys f fc
ys
式中: P y s 为钢板箍横向含钢量; f y s 为钢板箍屈服强 度; f c 为混凝土轴心受压抗压强度设计值。
K = 1+ P sf y fc
式中: P s 为箍筋横向含钢量; f y 为箍筋抗拉强度设 计值; n 为轴压比; Κ为剪跨比, Κ < 115 时取 Κ = 115, 其余符号含义同前。 参考文献
A se isma tic strengthen ing of re inforced concrete short column w ith steel pla te hoops
YA N X ing 2 w ei
(Schoo l of A rch itectu ra l and Environm en ta l Engineering, Chang ′ an U n iversity, X i′ an 710064, Ch ina )
V =பைடு நூலகம்M
u1
+ M
H
u2
( 1)
式中: M u 1、 M u 2 为外包钢板箍钢筋混凝土柱端部正 截面抗弯承载力, 按本建议第 9 条计算; H 为柱净 高。 ②分段布置钢板箍时取下列两式的较小值[ 2 ] M u1 + M u2 ( 2) V =
H
V =
AK 0118 bh 0 f c + 018 f Κ - 0155 S
YH
为箍筋抗拉强度
设计值; S 为箍筋间距; b 为截面宽度; h 为截面高 度; f c 为混凝土轴心受压抗压强度设计值。 ( 11) 构件的变形计算 [ 2 ]。
4Κ h h 2 2 ( 012K ′ + 5K 2 ) ×10- 3 K ×10 3n 12n 4Κ h h 2 2 ( 015K ′ + 2K 2 ) ×10- 3 ∃U = K ×10 3n 12n 适用条件: 011≤n ≤110