配筋率對不銹鋼鋼筋混凝土橋墩沖擊性能的影響

王迎峰

摘 要：為了研究配筋率對不銹鋼鋼筋混凝土橋墩的抗沖擊性能影響，該次實驗采用多功能超高重型落錘試驗系統(tǒng)，分別對兩組配筋率不同的不銹鋼鋼筋混凝土橋墩模型試件進行水平?jīng)_擊試驗研究，試驗獲取了試件的沖擊力時程曲線、不銹鋼鋼筋應變時程曲線、位移時程曲線，試驗結果表明：在相同沖擊能量下，隨著縱向配筋率的提高，不銹鋼鋼筋混凝土橋墩的抗沖擊力提高，柱頂?shù)奈灰茰p小，主要受力位置的不銹鋼鋼筋變形變小。

關鍵詞：配筋率 不銹鋼鋼筋混土 橋墩 沖擊

中圖分類號：U443.22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（c）-0063-03

近年來，船舶撞擊橋墩、汽車撞擊高架橋墩等事件屢屢發(fā)生，建筑物時刻面臨受到外部動荷載的影響，一旦受到破壞，對整個建筑物或構筑物帶來很大的經(jīng)濟損失。目前工程中大部分是鋼筋混凝土結構，所以，研究碰撞沖擊荷載作用下鋼筋混凝土結構的力學性能特別有意義。目前，國內(nèi)一些重要工程中開始使用不銹鋼鋼筋材料，不銹鋼鋼筋具有很強的抗拉性能和耐腐蝕性能，國外對不銹鋼鋼筋材料應用比較早，對于不銹鋼鋼筋材料的靜態(tài)力學性能研究比較多，但對于不銹鋼銹鋼材料結構的抗沖擊性能研究不多。徐林楓[1]等對橋墩受到撞擊力時橋墩所受的撞擊力的計算方法進行了研究，GEORGIN J F[2]等對沖擊荷載下鋼筋混凝土構件進行了仿真分析，W.Fan[3]采用了沖擊分譜法對橋梁結構受到船舶撞擊力進行了分析研究，H.sharma[4]采用有限元數(shù)值模擬的方法研究了鋼筋混凝土柱受到車輛撞擊時的動力響應，周澤平[5]等對鋼筋混凝土梁在低速沖擊下的變形與破壞進行了研究，朱聰[6]等研究了碰撞荷載下的鋼筋混凝土結構的動態(tài)響應以及損傷機理，Michigan Technological University[7]進行了不銹鋼鋼筋混凝土梁端粘結試驗，趙峰[8-9]等進行了不銹鋼鋼筋混凝土梁、柱抗震性能試驗。該文通過不同配筋率的不銹鋼鋼筋的橋墩來進行抗沖擊性能的試驗研究。

1 實驗方案

1.1 試件設計

該次試驗采用強度等級C40的混凝土，試件截面尺寸采用Φ340 mm，高度為2 200 mm，設計了兩組不銹鋼鋼筋混凝土圓形橋墩試件，其中縱向鋼筋均采用法國UGITCH公司生產(chǎn)的S2304雙相不銹鋼鋼筋（UGIGRIP1.4362），縱向鋼筋對稱配筋，配筋率在2.08%～3.46%，箍筋采用Φ8 mm的普通鋼筋HPB300。該次試驗試件編號及設計參數(shù)見表1，小車的撞擊速度參數(shù)見表2。

1.2 試驗裝置

該次試驗在佛山科學技術學院的超高落錘沖擊試驗機上進行，落錘試驗機是最常用的沖擊試驗裝置，該試驗機系統(tǒng)由豎向落錘試驗機和水平牽引碰撞試驗機兩部分組成。為了模擬橋墩真實受力狀態(tài)，橋墩試件通過高強螺栓固定在底座上，試件頂部軸力由安裝在反力架上的千斤頂提供，試驗裝置如圖1所示

1.3 測點布置

試驗主要對鋼筋應變以及試件位移進行了采集記錄，根據(jù)試件的受力特點分析，自上而下共布置了6個鋼筋應變片，如圖2所示。試件撞擊背面布置了3個最大量程為300 mm和1個最大量程為200 mm的C-300拉桿式電阻位移計，其布置如圖3所示。

2 試驗結果分析

2.1 沖擊力時程曲線

圖4為C1-20、C1-20a橋墩在沖擊高度4 m時沖擊力時程曲線圖，通過沖擊力時程曲線分析，沖擊力曲線近似于三角形的脈沖信號曲線，碰撞過程發(fā)生在瞬間，沖擊力時程曲線都經(jīng)歷迅速上升階段達到峰值和迅速下降階段趨于平衡。當落錘高度提升為4m高度時，小車在時間為1.08 s碰撞橋墩，此時沖擊力會迅速出現(xiàn)峰值， 然后再開始慢慢減弱。在相同的錘重和小車的重量下，小車速度為2.2 m/s，C1-20a橋墩沖擊力峰值為1 435 123N，而C1-20橋墩沖擊力峰值為1 829 496N，沖擊力峰值相對增加為27.4%。隨著配筋率的增加，橋墩的整體剛度提高了，橋墩的抗沖擊力也提高，在工程應用中，配筋率對于橋墩的抗沖擊力設計具有重要的指導作用。

2.2 不銹鋼鋼筋時程曲線

圖5為2#不銹鋼鋼筋應變時程圖，2#鋼筋位于橋墩底部，從圖中可以分析得出，當小車碰撞橋墩模型試件時，2#不銹鋼鋼筋處于受拉狀態(tài)，不銹鋼鋼筋處于彈性階段，不銹鋼鋼筋變化曲線與沖擊力曲線變化趨勢大致相同，C1-20a橋墩模型試件鋼筋應變?yōu)?.001 27，而C1-20的橋墩模型試件不銹鋼鋼筋應變?yōu)?.000 315，不銹鋼鋼筋應變相對減小為75.2%，由于配筋率的提高，橋墩整體的剛度及抗彎剛度增大，不銹鋼鋼筋鋼筋的具有很強的抗拉強度，不銹鋼鋼筋變形變小。

2.3 位移時程曲線

圖6為橋墩頂部1#位移時程曲線圖，當橋墩試件受到撞擊時，碰撞過程很短暫，位移迅速增大到峰值，然后又迅速回落。C1-20a的橋墩頂部1#位移為10.7 mm，產(chǎn)生了一定的殘余變形，而C1-20的橋墩頂部1#位移為9.6 mm，產(chǎn)生殘余變形很小。在相同沖擊能量下，隨著配筋率提高，橋墩頂部位移相對減少為10.2%。配筋率高的橋墩試件，抵抗變形能力增強，提高橋墩的抗沖擊力能力。

3 結論

（1）在相同的沖擊能量下，隨著橋墩縱向鋼筋配筋率提高，提高了橋墩靜態(tài)受壓承載力和抗沖擊能力。

（2）通過不銹鋼鋼筋應變時程曲線分析，配筋率的提高，不銹鋼鋼筋受力變小，提高橋墩截面的抗彎剛度。

（3）在相同沖擊能量下，通過位移時程曲線分析，配筋率提高，可以延緩橋墩進入塑性階段，提高橋墩抗破壞能力，提高結構壽命。

參考文獻

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