钢筋混凝土桥墩抗剪性能的试验研究
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(3) 三组试件的变形曲线均在距墩底 300 mm 处 发生转折 , 300 mm以上各点的水平位移连线近似为直 线 ,以下为曲线 ,则该处与墩底之间的横截面有较大的 变形转角 ,试件的弯曲变形集中在这段范围内 。
(4) 三组试件在两种加载情况下的极限水平位 移相近 ;第 1、第 3 组中采用 pushover加载的屈服位 移比采用拟静力的大 ,第 3组变化不明显 ;采用拟静
弱。
利于充分利用混凝土的抗压能力 ,从而提高构件的承
2. 5 试验分析
载力 。
以上分析表明 ,由于箍筋配置不足 ,三组试件的
(3) 拟静力加载的刚度退化比 Pushover快 ,主要
延性较差 ,其中第 1组比第 2、第 3组好 。2、3组试件 表现为试件屈服阶段提前 ,但试件的整体变形能力没
箍筋配置差别较大 ,但延性相近 ,则这两组试件的箍 有明显区别 ,极限荷载也相近 。
[ 1 ] 孙 卓 ,闫贵平 ,钟铁毅 ,等. 钢筋混凝土桥墩抗震性能的试验 研究之一试验概况及试验结果 [ J ]. 中国安全科学学报 , 2003, 13 ( 1) : 56 - 59.
[ 2 ] 卓卫东 , 范立础. 从震害教训中反思我国桥梁抗震设计现状 [ J ]. 福州大学学报 (自然科学版 ) , 1999, 27 (3) : 7 - 8.
1 28 2005年第 19卷第 2期《工程建设与档案 》
钢筋混凝土桥墩抗剪性能的试验研究
研究与探讨
Y A N J IUY U TA N TAO
图 2 桥墩模型试件变形曲线
力加载的试件由于刚度变化使正负向水平位移表现 为一侧大 、一侧小 。
3 结束语
2. 4 抗剪承载力
(1) 配箍率少是三组试件延性差 ,发生脆性剪切
0 引 言
我国铁路及市政桥梁中 ,大多采用独柱式钢筋混 凝土桥墩 [1 ] 。由于这种桥梁上部结构重量大 、下部结 构重量轻 ,而且上部结构在水平面内的强度和刚度都 比下部结构大得多 。因此在地震作用下 ,水平地震力 主要作用在结构上部 ,并从上部传到结构下部 ,这样桥 墩就成为桥梁抗震性能好坏的关键 。国内外近几十年 的破坏性地震震害表明 ,桥梁的震害很多是因为桥墩 抗剪强度不足 ,发生剪切破坏引起的 [2] 。鉴于此 ,本文 通过试验分析模型的剪切破坏 ,以期为进一步完善钢 筋混凝土桥墩的抗剪设计提供理论和试验依据 。
(2) 第 2组试件没有受拉纵筋达到屈服 。从极 限荷载到极限位移 ,受拉纵筋应变值普遍减少 。在极 限位移时 ,距墩底 50 mm、100 mm 处部分纵筋达到极
限压应变 ,处于这种状态的纵筋比第 1组要少 。在极 限荷载时 ,才有箍筋屈服且达到屈服的箍筋比第 1组 多 ,有 的 已 达 到 极 限 应 变 。从 分 布 来 看 , 距 墩 底 512 mm处的箍筋屈服的比较多 。
Φ4@384 Φ4@384
0. 052 0. 052
636. 943 636. 943
32. 444 35. 556
334. 230 329. 730
0. 087 0. 078
第 1组试件水平裂缝较长 ,分布较密 ,第 2组次之 ,第 3组水平裂缝短且稀 。荷载再增大 ,试件腹部出现斜 裂缝 ,第 1组斜裂缝的斜率小 ,斜向平行裂缝多 ,第 2、3组裂缝的斜率依次增大 ,平行裂缝减少 。三组试 件最后都由于某一条斜裂缝发展成临界裂缝而使试 件发生脆性剪切破坏 ,其中 pushover加载是单向斜裂 缝 ,拟静力加载是 X型斜裂缝 。 2. 2 钢筋应变
加载方式 拟静力 拟静力 p u shove r p u shove r
箍筋 配箍率 / ( % )
Φ4@128
0. 157
Φ4@128
0. 157
Φ4@128
0. 157
Φ4@128
0. 157
Fy /MPa 875. 796 875. 796 875. 796 875. 796
Fcu /MPa 36. 444 36. 444 36. Βιβλιοθήκη Baidu44 36. 444
由实测结果可知 ,三组试件的平均抗剪承载力分 破坏的主要原因 。
别为 :第 1组 467. 535 kN ,第 2组 340. 208 kN ,第 3组
(2) 由第 1组试件可知 ,适中的箍筋率可以在试
292. 825 kN。试件的抗剪能力随着配箍率减少而减 件的纵 、横荷载的合力方向形成斜向受压暗柱 ,这有
另外 ,受压纵筋的应变普遍比受拉纵筋的应变 大 ,在极限荷载时大部分已达到极限压应变 ,表明第 1组试件的破坏主要是剪压区混凝土在复合应力作 用下 ,混凝土达到极限压应变而破坏的 。
在极限位移时 ,受拉纵筋应变比极限荷载时有所 减少 ,箍筋应变有的继续增大 ,有的减少 ,并且在整个 受荷过程中部分箍筋应变由拉变压 。因为随着荷载 的增大 ,试件的剪力增加 ,斜向剪切裂缝延伸并扩展 , 使试件剪压区发生应力重分布 ,试件的变形和应力集 中于剪切裂缝处 ,从而钢筋的应变变化趋势发生改 变 ,另两组中也有这种现象 。
试件纵筋 、箍筋贴有电阻应变片 ,量测钢筋的应 变 ;试件表面贴有混凝土应变片 ,量测混凝土应变 ;试 件下部斜向布有位移计 ,量测剪应变 ;试件沿高布有 位移计 ,量测构件的整体侧向变形 ;除此 ,还量测了试 件的顶部 、底部转角及竖向 、水平向力的大小 。
2 试验结果及分析
2. 1 试验现象 开始加载时 ,水平荷载较小 ,试件处于弹性阶段 ,
试件的竖向力通过单向液压作动器施加 ,此作动
器顶部装有滚动支座 ,以保证作动器随试件水平位移 移动 ,且加载点不变 。竖向力设计为 327 kN ,一次加 载到位 。试验中实际所加竖向力如表 1 所列 。水平 荷载采用拟静力液压作动器施加 。
图 1 桥墩模型截面布置
Pushover与拟静力加载均采用力 2位移混合控制 的方式加载 ,试件屈服前由力控制 ,屈服后由位移控 制 。每个试件在正式加载前要进行预加载 。 [ 3, 4 ] 1. 3 量 测
拟静力 p u shove r p u shove r
Φ4@256 Φ4@256 Φ4@256
0. 079 0. 079 0. 079
636. 943 636. 943 636. 943
29. 244 29. 185 29. 244
333. 950 328. 080 329. 200
0. 096 0. 095 0. 095
钢筋混凝土桥墩抗剪性能的试验研究
研究与探讨
Y A N J IUY U TA N TAO
钢筋混凝土桥墩抗剪性能的试验研究
汪日光 , 叶献国 , 左晓明
(合肥工业大学 土木建筑工程学院 ,安徽 合肥 230009)
摘 要 :通过 12个不同配箍率的钢筋混凝土桥墩模型的 Pushover和拟静力加载试验 ,分析了试件的破坏形式 、整体变形的特征及 抗剪过程中钢筋的应变情况 。从而得出配箍率 、加载方式对钢筋混凝土桥墩抗剪性能的影响 。 关键词 : Pushover;拟静力 ;配箍率 ; 抗剪性能 中图分类号 : TU317. 1; U443. 22 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 4857 (2005) 02 - 0127 - 03
另外 ,距墩底 256 mm处的箍筋应变值出现由正 变负的频率较高 。
第 3组试件与第 2组类似 。不同点是 :纵筋达到 的最大压应变值比第 2组小 ,只有少数达到屈服压应 变 ;箍筋测点达到屈服应变的比第 1组少 。 2. 3 试件的整体变形
试件的整体变形曲线 ,如图 2所示 。由图 2变形 曲线可知 :
[ 3 ] 姚谦峰 ,陈 平. 土木工程结构试验 [M ]. 北京 :中国建筑工业出 版社 , 2001.
顺序为 :第 1组 >第 2 组 >第 3 组 ,说明由于配箍率 减少 ,试件承受横向荷载的能力减少 ,同时由于纵向 荷载相近 ,则斜向合力也是减少的 。
[ 4 ] JGJ101 - 96,建筑抗震试验方法规程 [ S ]. [ 5 ] 过镇海 ,时旭东. 钢筋混凝土原理和分析 [M ]. 北京 :清华大学出
筋对提高试件的延性作用较少 ,主要原因为试件出现
斜向裂缝后 ,与裂缝相交的箍筋很快屈服 ,经历整个
〔参考文献 〕
流幅后 ,试件破坏 。两种加载方式对试件的整体变形 影响不大 ,但采用拟静力加载时试件屈服前的变形能 力更为降低 。
第 1组试件破坏时最外层纵筋 、箍筋都已屈服 , 为弯剪破坏 ;另两组试件破坏时 ,只有箍筋达到屈服 , 为剪切破坏 。各级荷载时受压区纵筋的压应力大小
(1) 试件的整体变形第 1组为弯剪变形 、另两组 为剪切变形 。
(2) 试件的极限荷载位移与极限水平位移相近 , 故加载至极限荷载后 ,试件的变形能力较差 ;第 1 组 试件水平位移量明显大于第 2、第 3 组 ,即第 1 组试 件的延性比另两组好 ;第 2、第 3 组试件的水平位移 量相差较少 ,表明这两组试件虽然箍筋配置不同 ,但 试件的延性比较接近 。
无裂缝 。荷载增大在墩根部出现水平受拉裂缝 。继 续加载 ,水平裂缝发展 ,且沿高度出现多条水平裂缝 ,
收稿日期 : 2005201212 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50178053) ;北京市重点实验室开放基金项目 ( EESR200224) 作者简介 :汪日光 (1972 - ) ,男 ,安徽宁国人 ,合肥工业大学硕士生 ;
版社 , 2003.
2005年第 19卷第 2期《工程建设与档案 》 1 29
叶献国 (1954 - ) ,男 ,安徽无为人 ,博士 ,合肥工业大学教授.
2005年第 19卷第 2期《工程建设与档案 》 1 27
研究与探讨
Y A N J IUY U TA N TAO
钢筋混凝土桥墩抗剪性能的试验研究
表 1 试验参数汇总
组别
第 1组 ( 128)
编号 N1220 N2220 P1 220 P2 220
1 试验概况
1. 1 模型相似设计 试验模型为原型的 1 /4,模型的截面几何尺寸和
纵向配筋都相同 ,如图 1所示 (图中未标注的纵筋为 Φ8) 。截面为对称配筋 ,纵筋 、箍筋都为 Ⅰ级钢 ,按箍 筋间距不同分为 128、256、384 三组 ,每组 4 个试件 。 混凝土设计强度为 C30,实测混凝土立方体强度 fcu及 其它试验参数如表 1所列 。表中的 N 为实际施加在 柱顶的轴力 ; n 为轴压比 , n = N / (A fc ) , A 为截面面 积 , fc 为 混凝土轴心抗压强度 ,计算时取 0. 76 fcu , fy 为钢筋的实测屈服强度 。 1. 2 加载装置和加载制度
第 3组
N1260 N2260
拟静力 拟静力
Φ4@384 Φ4@384
0. 052 0. 052
636. 943 636. 943
35. 556 35. 556
325. 280 330. 320
0. 077 0. 078
( 384)
P1 260 P2 260
p u shove r p u shove r
N / kN 339. 020 381. 500 338. 460 347. 910
n 0. 078 0. 088 0. 078 0. 080
N1240
拟静力
Φ4@256
0. 079
636. 943
29. 244
326. 370
0. 094
第 2组 ( 256)
N2240 P1 240 P2 240
(1) 第 1组试件承受屈服荷载 (屈服荷载为按能 量法 [ 5 ]确定的屈服位移对应的荷载 ) 时 , 在距墩底 312. 5 mm 处有受拉纵筋屈服 ,没有箍筋屈服 。加载 至极限荷载时屈服的受拉纵筋增多 ,部分已近于强化 阶段 ,箍筋已屈服 ,且大多数处于强化阶段 。整个试 验过程中 ,除了最外层 ,没有别的受拉纵筋达到屈服 。
(4) 三组试件在两种加载情况下的极限水平位 移相近 ;第 1、第 3 组中采用 pushover加载的屈服位 移比采用拟静力的大 ,第 3组变化不明显 ;采用拟静
弱。
利于充分利用混凝土的抗压能力 ,从而提高构件的承
2. 5 试验分析
载力 。
以上分析表明 ,由于箍筋配置不足 ,三组试件的
(3) 拟静力加载的刚度退化比 Pushover快 ,主要
延性较差 ,其中第 1组比第 2、第 3组好 。2、3组试件 表现为试件屈服阶段提前 ,但试件的整体变形能力没
箍筋配置差别较大 ,但延性相近 ,则这两组试件的箍 有明显区别 ,极限荷载也相近 。
[ 1 ] 孙 卓 ,闫贵平 ,钟铁毅 ,等. 钢筋混凝土桥墩抗震性能的试验 研究之一试验概况及试验结果 [ J ]. 中国安全科学学报 , 2003, 13 ( 1) : 56 - 59.
[ 2 ] 卓卫东 , 范立础. 从震害教训中反思我国桥梁抗震设计现状 [ J ]. 福州大学学报 (自然科学版 ) , 1999, 27 (3) : 7 - 8.
1 28 2005年第 19卷第 2期《工程建设与档案 》
钢筋混凝土桥墩抗剪性能的试验研究
研究与探讨
Y A N J IUY U TA N TAO
图 2 桥墩模型试件变形曲线
力加载的试件由于刚度变化使正负向水平位移表现 为一侧大 、一侧小 。
3 结束语
2. 4 抗剪承载力
(1) 配箍率少是三组试件延性差 ,发生脆性剪切
0 引 言
我国铁路及市政桥梁中 ,大多采用独柱式钢筋混 凝土桥墩 [1 ] 。由于这种桥梁上部结构重量大 、下部结 构重量轻 ,而且上部结构在水平面内的强度和刚度都 比下部结构大得多 。因此在地震作用下 ,水平地震力 主要作用在结构上部 ,并从上部传到结构下部 ,这样桥 墩就成为桥梁抗震性能好坏的关键 。国内外近几十年 的破坏性地震震害表明 ,桥梁的震害很多是因为桥墩 抗剪强度不足 ,发生剪切破坏引起的 [2] 。鉴于此 ,本文 通过试验分析模型的剪切破坏 ,以期为进一步完善钢 筋混凝土桥墩的抗剪设计提供理论和试验依据 。
(2) 第 2组试件没有受拉纵筋达到屈服 。从极 限荷载到极限位移 ,受拉纵筋应变值普遍减少 。在极 限位移时 ,距墩底 50 mm、100 mm 处部分纵筋达到极
限压应变 ,处于这种状态的纵筋比第 1组要少 。在极 限荷载时 ,才有箍筋屈服且达到屈服的箍筋比第 1组 多 ,有 的 已 达 到 极 限 应 变 。从 分 布 来 看 , 距 墩 底 512 mm处的箍筋屈服的比较多 。
Φ4@384 Φ4@384
0. 052 0. 052
636. 943 636. 943
32. 444 35. 556
334. 230 329. 730
0. 087 0. 078
第 1组试件水平裂缝较长 ,分布较密 ,第 2组次之 ,第 3组水平裂缝短且稀 。荷载再增大 ,试件腹部出现斜 裂缝 ,第 1组斜裂缝的斜率小 ,斜向平行裂缝多 ,第 2、3组裂缝的斜率依次增大 ,平行裂缝减少 。三组试 件最后都由于某一条斜裂缝发展成临界裂缝而使试 件发生脆性剪切破坏 ,其中 pushover加载是单向斜裂 缝 ,拟静力加载是 X型斜裂缝 。 2. 2 钢筋应变
加载方式 拟静力 拟静力 p u shove r p u shove r
箍筋 配箍率 / ( % )
Φ4@128
0. 157
Φ4@128
0. 157
Φ4@128
0. 157
Φ4@128
0. 157
Fy /MPa 875. 796 875. 796 875. 796 875. 796
Fcu /MPa 36. 444 36. 444 36. Βιβλιοθήκη Baidu44 36. 444
由实测结果可知 ,三组试件的平均抗剪承载力分 破坏的主要原因 。
别为 :第 1组 467. 535 kN ,第 2组 340. 208 kN ,第 3组
(2) 由第 1组试件可知 ,适中的箍筋率可以在试
292. 825 kN。试件的抗剪能力随着配箍率减少而减 件的纵 、横荷载的合力方向形成斜向受压暗柱 ,这有
另外 ,受压纵筋的应变普遍比受拉纵筋的应变 大 ,在极限荷载时大部分已达到极限压应变 ,表明第 1组试件的破坏主要是剪压区混凝土在复合应力作 用下 ,混凝土达到极限压应变而破坏的 。
在极限位移时 ,受拉纵筋应变比极限荷载时有所 减少 ,箍筋应变有的继续增大 ,有的减少 ,并且在整个 受荷过程中部分箍筋应变由拉变压 。因为随着荷载 的增大 ,试件的剪力增加 ,斜向剪切裂缝延伸并扩展 , 使试件剪压区发生应力重分布 ,试件的变形和应力集 中于剪切裂缝处 ,从而钢筋的应变变化趋势发生改 变 ,另两组中也有这种现象 。
试件纵筋 、箍筋贴有电阻应变片 ,量测钢筋的应 变 ;试件表面贴有混凝土应变片 ,量测混凝土应变 ;试 件下部斜向布有位移计 ,量测剪应变 ;试件沿高布有 位移计 ,量测构件的整体侧向变形 ;除此 ,还量测了试 件的顶部 、底部转角及竖向 、水平向力的大小 。
2 试验结果及分析
2. 1 试验现象 开始加载时 ,水平荷载较小 ,试件处于弹性阶段 ,
试件的竖向力通过单向液压作动器施加 ,此作动
器顶部装有滚动支座 ,以保证作动器随试件水平位移 移动 ,且加载点不变 。竖向力设计为 327 kN ,一次加 载到位 。试验中实际所加竖向力如表 1 所列 。水平 荷载采用拟静力液压作动器施加 。
图 1 桥墩模型截面布置
Pushover与拟静力加载均采用力 2位移混合控制 的方式加载 ,试件屈服前由力控制 ,屈服后由位移控 制 。每个试件在正式加载前要进行预加载 。 [ 3, 4 ] 1. 3 量 测
拟静力 p u shove r p u shove r
Φ4@256 Φ4@256 Φ4@256
0. 079 0. 079 0. 079
636. 943 636. 943 636. 943
29. 244 29. 185 29. 244
333. 950 328. 080 329. 200
0. 096 0. 095 0. 095
钢筋混凝土桥墩抗剪性能的试验研究
研究与探讨
Y A N J IUY U TA N TAO
钢筋混凝土桥墩抗剪性能的试验研究
汪日光 , 叶献国 , 左晓明
(合肥工业大学 土木建筑工程学院 ,安徽 合肥 230009)
摘 要 :通过 12个不同配箍率的钢筋混凝土桥墩模型的 Pushover和拟静力加载试验 ,分析了试件的破坏形式 、整体变形的特征及 抗剪过程中钢筋的应变情况 。从而得出配箍率 、加载方式对钢筋混凝土桥墩抗剪性能的影响 。 关键词 : Pushover;拟静力 ;配箍率 ; 抗剪性能 中图分类号 : TU317. 1; U443. 22 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 4857 (2005) 02 - 0127 - 03
另外 ,距墩底 256 mm处的箍筋应变值出现由正 变负的频率较高 。
第 3组试件与第 2组类似 。不同点是 :纵筋达到 的最大压应变值比第 2组小 ,只有少数达到屈服压应 变 ;箍筋测点达到屈服应变的比第 1组少 。 2. 3 试件的整体变形
试件的整体变形曲线 ,如图 2所示 。由图 2变形 曲线可知 :
[ 3 ] 姚谦峰 ,陈 平. 土木工程结构试验 [M ]. 北京 :中国建筑工业出 版社 , 2001.
顺序为 :第 1组 >第 2 组 >第 3 组 ,说明由于配箍率 减少 ,试件承受横向荷载的能力减少 ,同时由于纵向 荷载相近 ,则斜向合力也是减少的 。
[ 4 ] JGJ101 - 96,建筑抗震试验方法规程 [ S ]. [ 5 ] 过镇海 ,时旭东. 钢筋混凝土原理和分析 [M ]. 北京 :清华大学出
筋对提高试件的延性作用较少 ,主要原因为试件出现
斜向裂缝后 ,与裂缝相交的箍筋很快屈服 ,经历整个
〔参考文献 〕
流幅后 ,试件破坏 。两种加载方式对试件的整体变形 影响不大 ,但采用拟静力加载时试件屈服前的变形能 力更为降低 。
第 1组试件破坏时最外层纵筋 、箍筋都已屈服 , 为弯剪破坏 ;另两组试件破坏时 ,只有箍筋达到屈服 , 为剪切破坏 。各级荷载时受压区纵筋的压应力大小
(1) 试件的整体变形第 1组为弯剪变形 、另两组 为剪切变形 。
(2) 试件的极限荷载位移与极限水平位移相近 , 故加载至极限荷载后 ,试件的变形能力较差 ;第 1 组 试件水平位移量明显大于第 2、第 3 组 ,即第 1 组试 件的延性比另两组好 ;第 2、第 3 组试件的水平位移 量相差较少 ,表明这两组试件虽然箍筋配置不同 ,但 试件的延性比较接近 。
无裂缝 。荷载增大在墩根部出现水平受拉裂缝 。继 续加载 ,水平裂缝发展 ,且沿高度出现多条水平裂缝 ,
收稿日期 : 2005201212 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50178053) ;北京市重点实验室开放基金项目 ( EESR200224) 作者简介 :汪日光 (1972 - ) ,男 ,安徽宁国人 ,合肥工业大学硕士生 ;
版社 , 2003.
2005年第 19卷第 2期《工程建设与档案 》 1 29
叶献国 (1954 - ) ,男 ,安徽无为人 ,博士 ,合肥工业大学教授.
2005年第 19卷第 2期《工程建设与档案 》 1 27
研究与探讨
Y A N J IUY U TA N TAO
钢筋混凝土桥墩抗剪性能的试验研究
表 1 试验参数汇总
组别
第 1组 ( 128)
编号 N1220 N2220 P1 220 P2 220
1 试验概况
1. 1 模型相似设计 试验模型为原型的 1 /4,模型的截面几何尺寸和
纵向配筋都相同 ,如图 1所示 (图中未标注的纵筋为 Φ8) 。截面为对称配筋 ,纵筋 、箍筋都为 Ⅰ级钢 ,按箍 筋间距不同分为 128、256、384 三组 ,每组 4 个试件 。 混凝土设计强度为 C30,实测混凝土立方体强度 fcu及 其它试验参数如表 1所列 。表中的 N 为实际施加在 柱顶的轴力 ; n 为轴压比 , n = N / (A fc ) , A 为截面面 积 , fc 为 混凝土轴心抗压强度 ,计算时取 0. 76 fcu , fy 为钢筋的实测屈服强度 。 1. 2 加载装置和加载制度
第 3组
N1260 N2260
拟静力 拟静力
Φ4@384 Φ4@384
0. 052 0. 052
636. 943 636. 943
35. 556 35. 556
325. 280 330. 320
0. 077 0. 078
( 384)
P1 260 P2 260
p u shove r p u shove r
N / kN 339. 020 381. 500 338. 460 347. 910
n 0. 078 0. 088 0. 078 0. 080
N1240
拟静力
Φ4@256
0. 079
636. 943
29. 244
326. 370
0. 094
第 2组 ( 256)
N2240 P1 240 P2 240
(1) 第 1组试件承受屈服荷载 (屈服荷载为按能 量法 [ 5 ]确定的屈服位移对应的荷载 ) 时 , 在距墩底 312. 5 mm 处有受拉纵筋屈服 ,没有箍筋屈服 。加载 至极限荷载时屈服的受拉纵筋增多 ,部分已近于强化 阶段 ,箍筋已屈服 ,且大多数处于强化阶段 。整个试 验过程中 ,除了最外层 ,没有别的受拉纵筋达到屈服 。