高强钢筋混凝土柱偏心受压性能参数分析

高强钢筋混凝土柱偏心受压性能参数分析

发表时间：2019-07-31T11:47:18.527Z 来源：《建筑实践》2019年第08期作者：严利虎1 季翔2 葛文杰3

[导读] 为加速推广应用高强钢筋混凝土柱，运用数学力学分析的方法对高强钢筋混凝土柱偏心受压性能分别进行了分析。

1 南京长江都市建筑设计股份有限公司，江苏南京 210002

2 南京长江都市建筑设计股份有限公司，江苏南京 210002

3 扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州 225127

摘要：高强钢筋用于实际工程中可以减少造价，同时也可以节约资源。为加速推广应用高强钢筋混凝土柱，运用数学力学分析的方法对高强钢筋混凝土柱偏心受压性能分别进行了分析。研究表明，当钢筋强度不断提高，界限配筋率ρsb小于实际配筋率时，高强钢筋混凝土受压柱的Nu-Mu相关曲线与普通钢筋混凝土柱Nu-Mu相关曲线相比将出现变化。推导了界限配筋率ρsb的计算公式，可供工程实际参考。

关键词：高强钢筋；混凝土柱；受压性能；参数分析

0引言

目前，发达国家普遍采用的是400 MPa以上的钢筋，我国则主要是以低强度钢筋为主，这样就会导致资源浪费。我国现行规范[1]已将400 MPa（HRBF400）、500MPa（HRBF500）级细晶粒钢筋列为现浇混凝土结构的主导钢筋。通过细化晶粒由细晶粒钢筋得到细晶粒组织，不仅使钢筋的强度和延伸率有所提高，还可以改善韧性与塑性，是性能较好的新型钢筋，未来的发展前景会很好。所以研究高强钢筋混凝土结构的工作性能具有十分重要的意义。

Daniel[2~4]等人对高强钢筋约束高强混凝土柱的本构关系进行研究。Sofia [5]等人对高强钢筋混凝土细长柱的安全性进行了评估。Sam[6]等人对高强钢筋混凝土圆环柱偏心受压性能进行了试验研究与非线性分析。Campione[7]对方形截面不同箍筋直径、间距的混凝土柱受压稳定性能进行了研究。

郑州大学的于红杰[8]通过对偏心受压的HRB500级钢筋混凝土进行模拟试验，提出了钢筋强度的设计值可取

fy=fyk/rf=500/1.1≌450MPa；刘立新、李洪彦[9] 通过试验对9个钢筋混凝土偏压柱进行了研究。

杜修力[10]研究了小偏心受压的高强混凝土柱的尺寸效应，并通过对比，分析了3组不同几何尺寸的高强混凝土小偏心受压柱承载能力、变形能力、破坏形态以及截面应变分布规律。

青岛理工大学的徐颖浩[11]、王命平[12]进行了HRBF500和HRB400钢筋混凝土偏心受压柱的试验，并提出取钢筋强度设计取值为450MPa的建议。

中冶建筑研究总院有限公司的张伟[13]对HRB400钢筋混凝土偏压柱及500 MPa 级细晶粒钢筋混凝土偏压柱进行了对比试验。

目前国内外学者对细晶粒高强钢筋混凝土柱受压性能进行了一定的研究，我国学者则主要围绕细晶粒高强钢筋的强度取值进行了研究分析，对细晶粒高强钢筋的应用对混凝土柱受压性能的改变还需做进一步研究。

1 大、小偏心受压破坏判别

对于对称配筋构件，有As=As’，界限破坏时受拉钢筋屈服、受压混凝土达到极限压应变，计算简图同大偏心受压，如图1所示。

当ηei≤ηeib时为小偏心受压破坏；当ηei>ηeib时为大偏心受压破坏。

2 参数分析

界限破坏点的计算简图同大偏心受压破坏，对对称配筋的矩形截面混凝土柱有fy=fy’、As=As’、as=as’，根据式（1）、式（2）有

从图2可以看出，界限破坏点的轴力Nub随着钢筋强度的增大而减小，弯矩Mub随着钢筋强度的增大而增大。界限破坏点的轴力Nub随着混凝土强度的增大而增大，弯矩Mub随着混凝土强度的增大而增大。

将ρsb称为界限配筋率，当ρs≥ρsb时，构件发生小偏心受压破坏，与初始偏心距无关。注意，这里计算ρs取的混凝土截面高度为h0。图4给出了界限配筋率ρsb随钢筋屈服强度的变化曲线。其中默认的截面尺寸为b×h=180mm×250mm，保护层厚度为25mm，混凝土轴心抗压强度为31.3MPa，钢筋直径为16mm。图中fc=20.1MPa表示将混凝土轴心抗压强度变换为20.1MPa，其它条件不变。h=200mm表示将截面高度变换为200mm，其它条件不变。c=20mm表示将混凝土保护层厚度变换为20mm，其它条件不变。d=12mm表示将钢筋直径变换为12mm，其它条件不变。

由图4可以看出，随着混凝土强度等级的提高，界限配筋率逐渐提高。随着截面高度的增大，界限配筋率逐渐提高。随着混凝土保护层厚度的增大，界限配筋率逐渐降低。随着钢筋直径的增大，界限配筋率逐渐降低。随着钢筋屈服强度的提高，界限配筋率逐渐降低，且各参数的变化导致界限配筋率差异逐渐减小。

3 结论

对高强钢筋混凝土柱受压性能进行了参数分析，主要研究内容如下：随着钢筋强度的提高，当实际配筋率大于界限配筋率ρsb时，高强钢筋混凝土受压柱的Nu-Mu相关曲线与普通钢筋混凝土柱Nu-Mu相关曲线相比将出现变化。当实际配筋ρs<ρsb时，其Nu-Mu相关曲线与普通钢筋混凝土受压柱相同。当实际配筋率ρs≥ρsb时，其Nu-Mu相关曲线发生变化，构件全部发生小偏心受压破坏。推导了界限配筋率ρsb的计算公式，并给出了试验用截面尺寸和材料的柱Nu-Mu相关曲线发生变化的界限配筋率ρsb随钢筋强度变化曲线。参考文献：

[1]中国建筑科学研究院.混凝土结构设计规范 GB50010-2010[S]．北京：中国建筑工业出版社,2010.

[2]Daniel Cusson.Patrick Paultre. High strength concrete columns confined by rectangular ties [J]. Journal of Structural Engineering. 1994, 3(120):783-804.

[3]Daniel Cusson. Francois de Larrard. Claude Boulay. Patrick Paultre. Strain localization in confined high strength concrete columns [J]. Journal of

Structural Engineering. 1996, 9(122):1055-1061.