縱筋局部無粘結(jié)RC梁受力性能研究

姜新雨 楊昌昆

(1.中國核電工程有限公司，北京 100840； 2.北京凱辰置業(yè)有限公司，北京 100045)

0 引言

我國屬于地震多發(fā)國家，特別是近年來，大地震頻繁發(fā)生。在2008年四川·汶川特大地震中大量建筑物的破壞倒塌，造成了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟損失[1]。在我國和世界各國的結(jié)構(gòu)工程中，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在各方面的優(yōu)越性，使其在建筑工程中得到了廣泛的應用。但在對高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的研究中只考慮了現(xiàn)澆樓板參與框架結(jié)構(gòu)的受力并沒有明確說明樓板內(nèi)靠近梁的鋼筋也會參與框架受力。通過對無數(shù)震害現(xiàn)象研究不難發(fā)現(xiàn)，框架結(jié)構(gòu)中現(xiàn)澆樓板內(nèi)靠近梁的鋼筋同樣會參與梁的受力，這樣無形中會對梁上部造成加強作用，所以梁下部混凝相對比較薄弱使得梁下部的混凝土先于梁上部破壞，這樣梁下部的鋼筋失去了混凝土的保護作用裸露在外容易發(fā)生壓屈破壞，承載力迅速下降，進而導致塑性鉸發(fā)展不充分，梁鉸屈服機制的耗能能力大打折扣[2-4]。

基于損傷控制思想的框架梁變形、耗能能力改善提高方面的研究尚未見相關(guān)報道，因此亟需開展相關(guān)的深入研究。為了探尋梁端局部無粘結(jié)鋼筋混凝土梁抗震性能，本文制作了三個試件，即一個普通的鋼筋混凝土梁與兩個采用無粘結(jié)措施的鋼筋混凝土梁，進行低周往復實驗。通過低周反復加載試驗，研究在反復荷載作用下梁端局部無粘結(jié)鋼筋混凝土梁與普通鋼筋混凝土梁的破壞特性，滯回曲線、延性等抗震性能的變化，研究論證梁端部施加無粘結(jié)措施以后對梁抗震性能的影響。

1 試驗概況

1.1 試件設(shè)計

圍繞試驗目的，設(shè)計了兩根施加無粘結(jié)措施的鋼筋混凝土梁及1根用來對比的普通鋼筋混凝土梁。試件編號及參數(shù)如表1所示。無粘結(jié)鋼筋位置與梁配筋如圖1所示。鋼筋混凝土梁截面尺寸為200 mm×400 mm,混凝土強度等級為C30，縱筋采用8根直徑16 mm的HRB400級鋼筋,箍筋采用間距50 mm的HPB300級鋼筋；保護層厚度為30 mm?；炷良颁摻畈牧狭W性能見表2，表3。

表1 試件設(shè)計參數(shù)

表2 混凝土材料力學性能

混凝土強度等級立方體抗壓強度N/mm2軸心抗壓強度N/mm2彈性模量×104N/mm2C3033．531．53．08

表3 鋼筋材料力學性能

試件制作中為了使試驗更加精確，試驗中對在無粘結(jié)構(gòu)造的選取上參考無粘結(jié)預應力的施工工藝，并把鋼管進行等距交錯切割，在澆筑混凝土前鋼管上下孔填充了聚乙烯塑料泡沫鋼管外壁包裹塑料膠帶防止混凝土澆筑時混凝土進入套管內(nèi)。

1.2 加載制度及測試內(nèi)容

試件水平往復荷載由固定在反力墻上的50 t的水平千斤頂施加。試驗采用位移加載方式。首先通過千斤頂進行位移控制加載。30 mm前按2 mm為級差循環(huán)加載一次，找到屈服點及梁上部縱筋屈服位移Δy。以構(gòu)件屈服位移作為一個步長Δy，按每次0.2Δy極差進行循環(huán)兩次加載，一直加載到荷載下降到峰值荷載的85%。在梁底1倍截面高度范圍內(nèi)安裝百分表測量塑性鉸區(qū)域的變形；在梁根部粘貼鋼筋應變片測量根部縱筋受力情況。

2 試件的破壞過程

反復加載過程中規(guī)定水平千斤頂施加推力時位移和荷載為正，施加拉力時位移和荷載為負。

1)試件YL。

試件YL在千斤頂推時，加載位移到達1 mm時東側(cè)梁底部出現(xiàn)一條水平裂縫，當加載到8 mm時首次出現(xiàn)斜向45°裂縫。當試件加載到12 mm時出現(xiàn)多條貫通的水平裂縫。 加載到60 mm時，受壓區(qū)混凝土大面積被壓碎、剝落、縱筋外落，試件承載力喪失。對比試件普通混凝土梁沒有施加無粘結(jié)措施在不斷的往復加載的實驗過程中可以發(fā)現(xiàn)梁底縱筋在混凝土保護層剝落以后出現(xiàn)有鋼筋壓屈的破壞現(xiàn)象。

2)施加無粘結(jié)措施構(gòu)件破壞類型大體相似以WL-1試件為例。

千斤頂加載到6 mm時梁根部與柱交界處出現(xiàn)細微裂縫。千斤頂加載到24 mm時出現(xiàn)的第一條斜向裂縫。梁底部與柱交接處出現(xiàn)一貫穿裂縫。

千斤頂加載到構(gòu)架加載到30 mm時,第一條橫向裂縫貫通，梁底部的裂縫不斷變大。加載到50 mm期間沒有新的裂縫出現(xiàn)，第一條貫通裂縫不斷擴大，伴隨著裂縫處混凝土有些許的掉落。梁底部的裂縫也不斷的擴大角部混凝土有壓碎的跡象。當加載到62 mm時,第一條貫通裂縫已經(jīng)發(fā)展到非常大并且可以看到內(nèi)部的縱筋，裂縫上方的豎向裂縫不斷加深有混凝土掉落的跡象。當千斤頂加載到70 mm時，第一條貫通裂縫上方大量混凝土剝落，構(gòu)件承載力喪失。在實驗過程中構(gòu)件梁底部沒有出現(xiàn)鋼筋屈曲現(xiàn)象并且表現(xiàn)出非常好的延性。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 滯回曲線對比分析

3根試件的荷載—位移滯回曲線如圖2所示。從圖2中可以看出：

在加載的初期四個構(gòu)件表現(xiàn)出的性能相同，在試件出現(xiàn)裂縫前荷載位移曲線幾乎成線性，而且卸載曲線和加載曲線吻合良好，構(gòu)件的殘余變形較小。

加載后期普通鋼筋混凝土梁平臺段較短強化段也較短，滯回曲線包裹的面積最小，施加無粘結(jié)措施以后的梁平臺段變長，滯回曲線包裹面積變大，正負向的對稱性較好，表現(xiàn)出優(yōu)越的性能。說明采用梁端局部施加無粘結(jié)措施的鋼筋混凝土梁吸收地震能量的能力強。

3.2 骨架曲線對比分析

對滯回曲線取包絡(luò)線得到各試件的骨架曲線如圖3所示。骨架曲線可以明確地反映試件的承載力和延性性能。根據(jù)特征點的荷載和位移值求得延性系數(shù)μ=Δu/Δy，其中，Δu，Δy分別為試件的極限位移和屈服位移。

各試件試驗結(jié)果見表3。由表3和圖3分析可知三個構(gòu)件的屈服位移、屈服荷載和峰值荷載基本相同，說明無粘結(jié)措施并沒有參與梁的受力，只是改變無粘結(jié)鋼筋的受力性能。但是峰值點對應的位移不同，依次是WL1； WL2；YL。說明無粘結(jié)段鋼筋越長則構(gòu)件發(fā)揮出來的延性更好性能更加優(yōu)越。

表3 各試件特征點及延性

試件編號加載方向屈服點峰值點極限位移點Py/kNΔy/mmPm/kNΔm/mmPu/kNΔu/mmYLWL?1WL?2正向83．6810．8894．6237．7980．2556．61負向83．3610．13100．0938．0886．0860．51正向82．4311．8793．0656．638986．84負向79．8512．1392．1469．8185．9786．74正向86．599．9599．4745．9784．5576．21負向84．3410．8895．6251．3181．2778．24

4 結(jié)語

1)對三根試件的滯回曲線進行了對比分析；梁端部施加了無粘結(jié)措施的鋼筋混凝土梁滯回曲線更加的飽滿，同一位移循環(huán)下的滯回環(huán)面積更大，表現(xiàn)出很好的恢復能力。

2)對三根試件的骨架曲線和屈服點、極限點、破壞點荷載值進行了對比分析。端部無粘結(jié)措施對構(gòu)件峰值荷載以前的受力性能影響不大，三個構(gòu)件的峰值荷載與屈服荷載接近。說明無粘結(jié)套筒沒有參與梁的受力，只是對鋼筋起到側(cè)向約束作用，使其可以更好的發(fā)揮出鋼筋的性能，防止提前屈曲破壞。

3)對三根試件的延性進行分析；采用端部無粘結(jié)措施的梁表現(xiàn)出非常好的延性。無粘結(jié)段較長的試件延性優(yōu)于無粘結(jié)段較短的試件。說明無粘結(jié)段鋼筋越長則鋼筋的總變形量越大，構(gòu)件的延性更好。

[1] 路湛沁,陳家夔,崔 錦,等.鋼筋混凝土框架柱在低周反復荷載作用下的抗彎強度及延性[J].西南交通大學學報,1987(1):1-11.

[2] 劉春陽,李振寶,馬 華,等.鋼筋混凝土框架空間節(jié)點抗震性能試驗研究[J].工業(yè)建筑,2011(6):67-70.

[3] 黃海濤,高向宇,李自強,等.用附加防屈曲支撐鋼筋混凝土框架加固既有鋼筋混凝土框架抗震性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學報,2013,34(12):52-61.

[4] 武 娜,高向宇,李自強,等.用帶防屈曲支撐的內(nèi)嵌式鋼框架加固混凝土框架的試驗研究[J].工程力學,2013,30(12):189-198.