箍筋强度对混凝土短柱抗震性能的影响.pdf

2 0 1 1年 第 5 期 (总 第 2 5 9 期 ) Nu mbe r 5 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 5 9) 混 凝 土 Co n c r e t e d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 1 ． 0 5 ． 0 0 5 理论研究 THEoRETI CAL RES EARCH 箍筋强度对混凝土短柱抗震性能的影响 王立争 ( 辽宁城 市建设职业 技术学院 ，辽宁 沈阳 1 1 0 1 0 6 ) 摘要： 针对我 国现阶段 G B 5 0 0 1 O — 2 0 O 2 《 昆凝土结构设计规 范》 所推广的 H R B4 0 0级 高强 钢的混凝土柱应用 于大型火 电厂的抗震性 能试验研究还处于起步阶段 ， 相关研究还不是很多 ， 基于此对配制高强 钢筋 箍筋混 凝土框 架柱进 行低周反复加 载试 验 ， 采用 2根剪跨 比为 1 ．5的短柱 ， 对 比配制普通钢筋的框架柱 ， 展 开相关试 验研 究。 关键词 ： 低周反复荷载 ；配箍率 ；滞回曲线；骨架线 中图分类号 ： T U5 2 8 ． 0 1 文献标志码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 5 — 0 0 l 3 - 0 2 St i r r up i n t e ns i t y on t he se i s m i c beh a vi or of r ei n f or c e d c on cr et e sho r t col um ns i nf l uen c e WANG Li - z iS e n g ( L i a o n i n g U r b a n C o n s t r u c t i o n V o c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l Co l l e g e ， S h e n y a n g 1 1 0 1 0 6 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n r e c e n t y e a r s ， 4 00 MP g r a d e h i g h s t r e n g t h s t e e l i s p r o mo t e d b y c o d e f o r d e s i g n o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s ( GB5 0 0 1 0 - 2 0 0 2) ， a p pl i c a t i o n o f t h e h i g h s t r e n g t h - s t e e l i n t h e the r ma l po we r pl a n t o f t h e s e i s mi c p e r f o r ma n c e o fc o n c r e t e fr a me s h o r t c o l u mn s t u d y a l s o r e l a t i v e l y s ma l 1 ． Ba s e o n t h i s ， s t u d i e s o n s e i s mi c b e h a v i o r o f hi g h — s t r e n g t h r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a me s h o t c o l u mns i n t h i s p a p e r ， t h r o u g h t h e l o w— c y c l e l o a d i n g t e s t l o a d ． By u s i n g t wo r o o t s h e a r s p a n r a t i o f o r 1 ． 5 o f s h o rt c o l u mn s ， i n c o n t r a s t wi t h t h e f r a m e c o l u m n s r e i nf o r c e d wi t h o r d i n a r y s t i r r u p s ， c o n d u c t r e l a t e d e x — p e r i me n t a l r e s e a r c h Ke y w or ds： l o w— c y c l e r e v e r s e d l o a di n g； s t i r r u p r a t i o； h y s t e r e s i s l o o p； s k e l e t o n c u r v e ( ) 引言 本 文通过拟静力试验方法 ( 低周反复荷 载试验 ) ， 即通过一 定 的荷载控制或变形控制对框架柱试件进行 低周反复加载 ， 使 特征和延性等 问题 ， 并研 究对框 架柱抗震性能 和延性 的影响 。 1 试 件 设 计 1 ． 1 试验 的尺 寸 与数 量 试件从弹性阶段直到破坏。 研究配制高强钢筋 H R B4 0 0及配制 ( 1 ) 试验框架柱的缩比采用 l ： 4 。 具体尺寸见表 1 。 普通钢筋的混凝土框架柱的承载力、 变形能力、 耗能能力、 损伤 ( 2 ) 本试验采用悬臂柱m ， 其剪跨比日 。 具体参数见表1 。 表 1 试件截面参数 ( 3 ) 试验轴压比 与设计轴压比n的换算关系啜 ： n = 1 ． 7 4 n 。 ( 4 ) 框架柱混凝土强度等级选择 C 4 5混凝土。 箍筋形式采 用复合箍 ， 见图 1 。 根据结构实验室的反力墙的实际情况， 底座 设计为 b -- 4 0 c n l ， L = I 4 0 0 c i n ， H = 7 0 c m。 ● ‘ ， ． ( a ) 箍筋 形 式 f b ) 底 座配 筋 图 1 复合箍 1 ． 2 材料 的力学性能 ( 1 ) 采用 C 4 5混凝土。 实测混凝土材料性能： 立I方体抗压 收稿 日期：2 0 1 0 - 1 2 — 1 9 强 度为 4 8 ． 3 9 MP a ， 弹性摸 量 为 3 ． 1 4 x 1 0 MP a ， 轴心抗 压 强度 为 3 8 ． 2 8 MP a 。 ( 2 ) 钢筋 的力学性能 见表 2 。 表 2 实测钢筋材料性 能表 2试 验 方 法 2 ． 1 加 栽设 备 低周反复加 载试 验水平 力由 2 0 0 0 k N 电液伺服 加载系统 进行施加 ， 竖向力 3 0 0 0 k N液压干 斤顶施加 ， 见图 2 。 l 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 水平 荷 [团羹 I - _ r一 ( a ) 试件 几何 尺寸 1Ⅳ t V — — 丌 - jV H f b ) 受力 简 图 图 2加载试验 2 ． 2 加 载制度 竖向力加载， 按照轴压比确定加载值 ， 并保持恒定。 然后进 行水平力加载。 水平力加载采用荷载和位移双控制方法翻 。 水 平 刀 位 移 5O 4 0 30 l ^ ^ ＼ ＼ f 20 ： 一^ M 循 环 荷 载 10 ．．．． X．,-qu 。v V V ＼『＼／＼ y ．J．． 。 y V 一20 —3O ’ 1 -40 l —50 屈服前 屈服后 图 3 加载 制度 2 ． 3测 点的布 置 箍筋应变片在每个柱子的底部布置三层。 纵向钢筋在角部 的钢筋沿高度方向贴4个应变片， 边中受力筋和非受力筋贴3个， 如 图 4 。 I __ — — — — — — — — — — 一 _ r — ，一■ l l J I J I l 一 l l ( a ) 箍 筋应变 片布置 ( b ) 纵筋应 变片布置 图 4 应变片布置图 3 主要试验结果分析 ． 3 ． 1 破 坏形 态分 析 从破坏想象上看， R C 2与 R C 3都产生 x型裂缝 ， 都属于剪 压型破坏。 但随荷载增大， 裂缝开展程度与速度较 R C 2 较R C 3 快， R C 2裂缝数量明显多于 R C 3 。 分析认为， 试件 R C 3由于箍筋级 别较高， 对框架柱的约束力更强， 并提高了框架柱的延性冈 。 ( ~ ) RC2 破 坏形态 图 5 破坏形态 3 - 2 主要试验结果计算表 t 本试验通过对 2根高强钢筋混凝土框架柱低周反复加载 试验， 得到的主要试验结果见表 3 ( 表中各荷载与位移值取正反 两个方 向的平均值 ) 。 表 3主要试验 结果计算表 3 ． 3 滞 回 曲线 滞 回曲线是分析结构抗震性能 的重要依据 。 根据试验数据 绘制滞回曲线见图 6 。 l 000 8 00 6 00 400 2 2 0 0 0 一 200 -400 -6 00 — 8 0 0 一l 0 0 0 滞回曲线 3 ． 4 骨架线 将滞回曲线各循环的荷载峰值点连接起来， 形成的曲线称 为滞回曲线的包络图， 又称为骨架线。 骨架线同样时衡量构件抗 震能力的重要依据。 试 件 R C 2与试 件 R C 3的滞 回曲线见 图 6 ， 骨架线 见图 7 。 试件 R C 3 的滞回曲线比试件 RC 2的饱满， 同时， 表现在骨架线 1 4 D ／ ram 图 7骨架线 。 上 ， 试件 R C 2骨架线 ， 最大荷载点前移 ， 说明变形能力较试件 R C 3 差。 可以总结为， 箍筋强度的提高， 滞回曲线更饱满 耗能 能力好 ， 增 加试件 的变形能力 。 4 对抗震 性能的影响 4 ． 1 箍 筋 强度 对耗 能 能力 的影响 ， 结合上文中滞回曲线及骨架线的分析， 采用等效黏滞阻尼 系数来总结分析箍筋强度对试件耗能能力的影响。 试件 R C 3的 滞回曲线饱满程度好于试件 R C 2 ， 表现在等效黏滞阻尼系数上， 如1 D r 时 ， R C 2 的 系 数 为0 ．0 2 7 ，R g 墨 墼 ． ： 兰 ! 基 丝 坚 篁 垫 ．下转第 1 7页 曩嚣 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 度高， 一定程度上精确度高于神经网络。 为混凝土渗透『生 研究提 供 了一条有效的途径 。 4结论 从影响混凝土抗渗性的若干因素中， 选取小石子掺量卢、 砂 率 s 、 水胶比 w 、 粉煤灰与胶凝材料用量比 、 矿渣与胶凝材料 用量比B K 、 骨料平均浆体厚度 A P T的 6个因素， 建立 自适应小 波神经网络模型。 该模型实现了由网络本身自动确定神经单元 的数目， 避免人为的影响， 提高了辨识和预测的可靠性和智能 化程度 。 通过实例分析表 明， 本文所建立的 自适应小波基激活 函 数神经 网络模型 ， 辨识 和预测精 度高 ， 具有重要 的推广应 用价 值 。对模 型进行 了回判验证及测 试 ，结果 表 明该模 型稳定 可 靠 ， 且可 以研究各个 素对混凝土抗 渗性 能的影 响。采用 自适 应小波神经 网络模型 预测 混凝土性 能可以提高预测准确度 ， 大 大减少试配量 ， 节约大量的人 力 、 物力和财力。 参考文献 ： 【 1 1 A NO N P e i ~ m e a b i l i t y o f c o n c r e t e [ J -] ．C o n c r e t e C o n s t r u c t i o n ， 1 9 8 9 ， 3 4 ( 1 0 ) ： 8 7 0 -8 7 2 ． [ 2 ]S OMME R H．高性 能混凝土的而 寸 久性『 M ] ． 冯乃谦 ， 等译 E 京 ： 科学 出 版 社， 1 9 9 8 ． [ 3 1 S C HE I D E G G E R A E ． T h e p h y s i c s o f fl o w t h r o u g h p o r o u s m e d i a ( 中译本 ： 多孔介质中的渗流物理) [ M ] ． 王鸿勋， 等译 京： 石油工业出版社 ， 1 9 8 2 ． [ 4 周新刚． 混凝土结构的耐久性与损伤防治【 M 】 E 京： 中国建材工业出 版社 ， 1 9 9 9 ． 『 5 1 KH A T R I R P ， S I R I V I V A T N AN O N V ． Me t h o d s f o r t h e d e t e r mi n a t i o n o f 上接第 1 4页 载中， 也是 R C 3等效黏滞阻尼系数大于试件 R C 2 ， 而且， 试件 R C 2完成 3 D 后就加载结束， 试件 R C 4在完成 4 D y 的两次循环 后 ， 才加载完成。 综合滞回曲线及骨架线， 配置 H R B 4 0 0级箍筋 的试件 R C 3的耗 能能力 明显好于试件 R C 2 。 表 4等效黏滞阻尼系数 ， 1 e 4 ． 2箍 筋强度 对延性 的 影响 箍筋强度对廷l生的影响， 计算延性系数， 结合滞回曲线及骨 架线来综合分析箍筋强度对试件延性 的影 响。 表 3 为本组试件的 延性系数计算表。 试件R C 2的延性系数为2 ．8 7 ， 试件 R C 3的延性 系数为 3 ．1 3 ， 同时， 从加载过程中， R C 3 加载到 4 D 的 2 次循环， 试件 R C 2只能加载到 3 D s 完成。 结合骨架线 ， 结果表明 ， 采用 HR B 4 0 0 级箍筋 的试件延性明显 强于采用 H P B 2 3 5 级箍筋 的试件 。 4 ． 3 箍筋 强度 对承 栽力 的影 响 箍筋 强度对极 限承载力 的影 响 ， 可以从表 3中得 出 ， 试 件 R C 3的极限承载力为 7 2 6 k N， 试件 R C 2的极限承载力为 6 5 6 k N。 结果表明采用高强箍筋， 能增加试件的极限承载力 ， 箍筋对混 凝土的约束力更强。 从承载力降低系数曲线图中比较分析， 在前 三倍位移幅值循环过程中 ， l D 幅值循环 ，两试件 的承载力 降低 速度比较暗接近， 2 D ， 幅值循环后 ， R C 2的承载力降低速度快于 试件 R C 3 。 试件 R C 3在 4 D 幅值加载时 ， 承载力快速下降。 综 合分析， 得到结论， 采用 H R B 4 0 0级箍筋的试件较采用H P B 2 3 5级 w a t e r p e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e [ J ] ． A C I Ma t e r i a l s J o u r n al， 1 9 9 7， 9 4 3 j ： 2 5 7 — — 2 6 1 I 6 1 易成， 谢和平， 孙华飞， 等． 混凝土抗渗性能研究的现状与进展【 J 1 ．混 凝土 ， 2 0 0 3 ( 2 ) ： 7 - 3 4 ， 【 7 1 J G J 5 5 —2 o 0 0 ， 普通混凝土配合比设计规程[ s ] ． 【 8 1 胡立黎， 郑宏．基于遗传一 神经网络无黏结部分预应力高强混凝土梁 的延性l J l l江南大学学报： 自然科学版， 2 0 0 8 ， 7 ( 4 ) ： 4 7 9 — 4 8 3 ． 【 9 1吴明威 ， 付兆岗， 李铁翔， 等． 机制砂中石粉含量对混凝土性能影响 的试验研究【 J J _铁道建筑技术， 2 0 0 0 ( 4 ) ： 4 6 — 4 9 ． f 1 0 1 蔡基伟， 李北星， 周明凯 ， 等． 石粉对中低强度机制砂混凝土性能的 影响l J I _武汉理工大学学报， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 2 7 — 3 0 ． f 1 1 1 杨玉辉 ， 周明凯， 赵华耕．C 8 0 机制砂泵送混凝土的I I i i i 及其影响因 素l J l_ 武汉理工大学学报， 2 0 0 5 ( 8 ) ： 2 7 — 3 0 ． f 1 2 1 季韬， 林挺伟 ， 林旭健． 基于人工神经网络的混凝土抗压强度预测方 法【 J J _ 建筑材料学报， 2 0 0 5 ， 8 ( 6 ) ： 6 7 6 — 6 8 1 ． [ 1 3 ] 王海超， 何世钦． 人工神经网络技术在高强混凝土中的应用 建筑 材料学报 ， 2 0 0 4 ， 3 ( 7 ) ： 9 4 — 1 0 1 ． f 1 4 1 I — C h e n g Y e h ． A n a l y s i s o f s t r e n g t h o f c o n c r e t e u s i n g d e s i g n of e x p e r i — me n t s a n d n e u r al n e t w o r k s 【J J ．J o u r n a l o f Ma t e r i als i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 6： 5 9 7 ～6 0 4． f 1 5 1 路新瀛， 李翠玲． 混凝土渗透性的电学评价l J J ． 混凝土与水泥制品， 1 9 9 9 ( 5 ) ： 1 2 一 l 4 ． f 1 陈雄毅 ， 徐毅慧， 侯乐君． 基于人工神经网络的混凝土抗渗性能预 I I [ J ] ． 福建建筑 ， 2 0 1 0 ， 1 4 6 ( 8 ) ： 9 6 — 9 8 ． 作者简介： 姚立国( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 硕士研究生， 高级工程师， 研究方向： 工程 管理 。 联系地址： 河北省石家庄市新华区开泰街 8 O 号 河北省第四建筑工程 公 司( o 5 o 0 S 1 ) 联 系电话 ： 1 3 9 3 3 0 5 6 2 1 1 垛 竖 世 博 位 移 图 8 承载 力降低 系数 曲线 箍筋的试件 ， 极 限承载力更大 ， 且承载力 下降较缓 。 5结 论 ( 1 ) 钢筋混凝土框架柱剪跨 比 1 -5的框架柱， 发生剪压型破坏。 ( 2 ) 箍筋强度的提高， 水平抗弯承载力加大。 滞回曲线更饱满 ， 变形能力更强。 利于结构的抗震性能。 ( 3 ) 配置 H R B 4 0 0箍筋的框架柱的延性 、 恢复力特征都明 显优于配置 HP B 2 3 5 级箍筋框架柱 ， 试验表明， 运用 H R B 4 0 0 级 箍筋的短柱 ， 框架柱 的抗震性能更好 。 参考文献 ： [ 1 ]沈聚 敏 ， 周锡元 ， 高小旺 ， 等 ． 抗震工程 学[ M] ． 中国建筑工业 出版社 ， 2 O H 0 0 ( 1 2 ) ． [ 2 ]肖建庄 冈 筋混凝土框架柱轴压比限植研究[ D ] ． 上海： 同济大学， 1 9 9 7 ． [ 3 j周志详， 刘益虹． 工程结构检测『 J 】 ． 2 0 0 7 ． [ 4 ]李树 良 箍筋约束 混凝 土轴压短柱强度 及变形性 能研究[ Dl _天 津 ： 天 津大学 ， 1 9 8 5 ． 作者简介： 王立争( 1 9 7 5 一 ) ， 男， 硕士研究生， 工程师。 联系地址： 沈阳市沈北新区浦硕路 8 8 号( 1 1 0 1 0 6 ) 联系电话 ： 1 5 9 4 0 0 4 2 2 7 5 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m