小跨高比連梁中配置500 MPa鋼筋的對比試驗(yàn)研究

王智勤

(中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610081)

隨著我國經(jīng)濟(jì)、科技實(shí)力的不斷提升，建筑行業(yè)取得了較快發(fā)展，這同時(shí)也使得對鋼材的消耗量很大。為了更加有效的節(jié)約和利用礦產(chǎn)資源，在建筑工程中進(jìn)一步研究和合理使用更高強(qiáng)度等級的鋼材成為研究的方向。到目前為止，將500 MPa鋼筋用于小跨高比連梁的抗震性能試驗(yàn)研究還相對較少，因此作者設(shè)計(jì)了兩根相同跨高比的連梁對比實(shí)驗(yàn)。

1 試驗(yàn)概況

本試驗(yàn)共進(jìn)行兩根試件的實(shí)驗(yàn):CB－X10、CB－X10C。二者的尺寸、跨高比和細(xì)部構(gòu)造措施皆相同，其實(shí)測剪壓比、配箍特征值基本相同。不同之處在于CB－X10C中的主筋(縱筋和對角斜筋)采用500 MPa鋼筋，試件的主要尺寸參見圖1，基本參數(shù)參見表1。試件模擬聯(lián)肢墻結(jié)構(gòu)中的一個(gè)局部，中間部分為連梁，上下分別設(shè)置兩個(gè)端塊來模擬相應(yīng)的局部墻肢，試驗(yàn)采用的加載簡圖參見圖2。

圖1 試件主要尺寸

注:“?”代表 HRB 235鋼筋，“?”代表HRB 335鋼筋，“? ”代表500 MPa鋼筋。

圖2 試驗(yàn)加載裝置

本次加載制度遵照《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法》GB 50152－92中逐級反復(fù)加載制度。在試件達(dá)到屈服以前，采用荷載控制;在試件達(dá)到屈服以后，采用位移控制。在找到試件屈服位移后，在之后循環(huán)中每個(gè)位移倍數(shù)下循環(huán)兩次。試驗(yàn)量測了連梁中對角斜筋、縱筋上各測點(diǎn)的應(yīng)變值，荷載(P)－位移(Δ)滯回曲線等數(shù)據(jù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 試件破壞過程對比

在試驗(yàn)過程中試件CB－X10、CB－X10C的第一條裂縫分別出現(xiàn)在屈服荷載的35%、25%左右，對角斜裂縫同出現(xiàn)在屈服荷載的50%左右。隨著荷載的不斷增加，主斜裂縫不斷延伸，將試件分割成若干菱形塊體并形成X型主裂縫區(qū)。在之后的加載過程中，裂縫將混凝土表面分割為更小的菱形塊體。在反復(fù)雙向加載的后期，試件中部在交叉斜裂縫的反復(fù)切割破壞下，中部混凝土破壞嚴(yán)重，箍筋外鼓，混凝土對主筋的側(cè)向約束下降，最后主筋屈曲，構(gòu)件喪失承載能力。試件破壞形態(tài)圖參見圖3。

2.2 試件鋼筋的應(yīng)變對比

2.2.1 對角斜筋

試件CB－X10、CB－X10C在試驗(yàn)過程中受拉、壓斜筋在連梁中部應(yīng)變值相對較大，在兩端應(yīng)變值相對較低。原因是連梁跨高比較小，主斜裂縫出現(xiàn)較早且之后發(fā)育充分，受拉鋼筋與對角主斜裂縫相交應(yīng)變必然較大。兩根試件的受拉斜筋在△/△y=2.0前能夠達(dá)到屈服應(yīng)變，而受壓斜筋在△/△y=3.0時(shí)可以達(dá)到屈服應(yīng)變。

圖3 CB－X10、CB－X10C破壞形態(tài)

2.2.2 縱筋

試件CB－X10、CB－X10C在△/△y=1.0時(shí)，縱筋應(yīng)力零點(diǎn)在距受壓端1/4左右位置，隨著屈服位移倍數(shù)的增加，鋼筋的應(yīng)力零點(diǎn)向受壓端不斷靠近。

明顯CB－X10C的箍筋應(yīng)變值總體上與CB－X10的箍筋應(yīng)變值差別不大。

2.3 試件的抗震性能對比分析

連梁是剪力墻結(jié)構(gòu)體系中重要的耗能元件，連梁抗震性能的好壞將影響著整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能。下文對兩根試驗(yàn)構(gòu)件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，表現(xiàn)不同試件的抗震性能。兩根連梁試件的滯回曲線參見圖4，主要試驗(yàn)參數(shù)結(jié)果參見表2。

(1)CB－X10與CB－X10C的屈服位移基本相同，但CB－X10C的滯回環(huán)捏縮現(xiàn)象相對更為明顯。CB－X10C在達(dá)到極限荷載之后承載力退化迅速，而CB－X10在達(dá)到極限荷載之后承載力退化卻比較緩慢。

(2)兩根試件的強(qiáng)屈比(Vu/Vy)基本都在1.3左右。當(dāng)試件縱筋屈服時(shí)，對角受拉斜筋應(yīng)變值已經(jīng)比較接近屈服應(yīng)變，這說明對角斜筋提供的抗彎承載能力在之后的加載過程中增幅能力有限。

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3 結(jié)論

本文共完成兩根試驗(yàn)構(gòu)件，通過試驗(yàn)結(jié)果及參考其它資料綜合分析得出以下結(jié)論:

(1)從試驗(yàn)現(xiàn)象上看，配筋形式為對角斜筋的連梁最終破壞基本都是因破壞部位的混凝土大面積剝落，箍筋明顯外鼓，混凝土失去對主筋壓桿的協(xié)同作用后，主筋側(cè)向失穩(wěn)而導(dǎo)致連梁承載能力大幅度下降的。

圖4 試件滯回曲線

(2)跨高比同為1.25、剪壓比為0.25左右的試件CBX10、CB－X10C破壞形式都為斜壓型剪切破壞，兩者的屈服位移基本相同，CB－X10的位移延性系數(shù)大于CB－X10C的位移延性系數(shù)。本文所作試驗(yàn)結(jié)果表明對角斜筋形式連梁在條件基本相同的情況下，主筋配有500 MPa鋼筋的構(gòu)件與配有HRB 335鋼筋的構(gòu)件相比，其試驗(yàn)結(jié)果參數(shù)是有所不同的，但從整體上看差距不大，具有相對較好的抗震性能。

(3)跨高比為1.25的試件中，對角斜筋起主要的抗剪作用，箍筋的抗剪作用相對較弱。對角斜筋配筋形式連梁的位移延性系數(shù)達(dá)到3.5以上，這可以滿足連梁基本的位移延性需求。

［1］王智勤.配有500 MPa鋼筋對角斜筋小跨高比連梁抗震性能對比試驗(yàn)研究［D］.重慶大學(xué)，2009

［2］皮天翔.鋼筋混凝土剪力墻小跨高比連梁抗震性能試驗(yàn)和設(shè)計(jì)方法研究［D］.重慶大學(xué)，2008

［3］T.Paulay and J.R.Binney.Diagonally Reinforced Coupling Beams of Shear Walls［J］.ACI Special Publication 42，1974(2):579－598

［4］GB 50010－2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［5］Luciano Galano and Andrea Vignoli.Seismic Behavior of Short Coupling Beams with Different Reinforcement Layouts［J］.ACI Structural Journal，2000，97(6):876 －885

［6］韋鋒.鋼筋混凝土框架和框架－剪力墻結(jié)構(gòu)非彈性地震反應(yīng)性態(tài)的識別［D］.重慶大學(xué)，2005

［7］詹霖.采用交叉配筋方案的小跨高比洞口連梁的試驗(yàn)研究及設(shè)計(jì)方法［D］.重慶大學(xué)，2007