區(qū)域約束矩形箍混凝土柱往復(fù)荷載作用軸壓比限值研究

羅 玚

（蘭州工業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

區(qū)域約束混凝土作為新型結(jié)構(gòu)型式，依靠優(yōu)于普通約束混凝土的性能，已經(jīng)應(yīng)用于實際工程。根據(jù)我國抗震設(shè)計的基本原則，由于地震發(fā)生的偶然性，假如一味追求結(jié)構(gòu)強度以保證中震甚至是大震作用下結(jié)構(gòu)不壞，這將使大量材料在整個壽命期內(nèi)都處于不能充分發(fā)揮作用的狀態(tài)。所以在這一設(shè)計原則指導(dǎo)下，要求我們所設(shè)計的工程結(jié)構(gòu)滿足規(guī)定的延性指標。軸壓比的大小直接影響鋼筋混凝土框架柱的抗震性能，對鋼筋混凝土框架柱的延性起到?jīng)Q定性作用。影響鋼筋混凝土框架柱延性的主要因素有軸壓比、剪跨比、配箍特征值[2]、縱向鋼筋的配筋率及配筋形式，近年來國內(nèi)外關(guān)于軸壓比的研究很多，但大多未考慮約束的作用，試驗研究中軸壓比取值不高。根據(jù)對區(qū)域約束混凝土柱特點的分析，保證結(jié)構(gòu)可靠度前提下，取用比規(guī)范限值高許多的軸壓比，為此，本文對兩根不同軸壓比的矩形箍區(qū)域約束混凝土柱進行了反復(fù)低周期加載的模型試驗，通過對區(qū)域約束混凝土框架柱在反復(fù)低周期水平荷載作用下的試驗，對比分析不同軸壓比區(qū)域約束混凝土框架柱的抗震性能。

1 試驗現(xiàn)象

1.1 配置區(qū)域約束矩形箍的混凝土柱試驗分析

力循環(huán)階段，在水平力增至60kN 之前試件處于完全彈性狀態(tài)，當(dāng)水平荷載達到60kN 時，受拉區(qū)下部出現(xiàn)水平向的細而密的彎曲裂縫；當(dāng)水平荷載加到80kN時，受拉區(qū)水平向的彎曲裂縫增多，彎曲裂縫范圍逐步擴大，但分布均勻；-100kN時受拉區(qū)上部產(chǎn)生水平向的細而密的彎曲裂縫；當(dāng)水平荷載增至+125kN 時，壓區(qū)邊緣部位縱向鋼筋屈服，此時構(gòu)件水平位移為22.00mm，力循環(huán)階段結(jié)束，位移循環(huán)開始，取屈服位移Δ的倍數(shù)進行加載；2Δ循環(huán)內(nèi)，+2Δ時候，混凝土內(nèi)部發(fā)出開裂聲，側(cè)面開始出現(xiàn)裂縫；繼續(xù)加載，橫向彎曲裂縫加寬，壓區(qū)混凝土內(nèi)部有響聲，不斷出現(xiàn)豎向裂縫，側(cè)面有斜剪裂縫出現(xiàn)；3Δ循環(huán)內(nèi)，壓區(qū)混凝土保護層壓崩，且同在+3Δ、-3Δ出現(xiàn)斜裂縫，保護層開始脫落；4Δ循環(huán)，+4Δ時壓區(qū)角部縱筋屈服，繼而受壓區(qū)鋼筋全部屈服，但箍筋并無明顯變形。在4Δ第三個循環(huán)的時候，核心約束區(qū)以外混凝土壓碎崩落現(xiàn)象嚴重，且縱向鋼筋開始斷裂；5Δ循環(huán)，另一側(cè)縱筋斷裂，試驗結(jié)束。試驗最后破壞形態(tài)，箍筋無明顯變形，只有一個方向的斜裂縫，試件側(cè)面未出現(xiàn)斜剪裂縫，塑性鉸區(qū)范圍較小，可以判斷，RCC-1A 在力循環(huán)階段，最大變形為22.00mm，屈服荷載為124kN，位移循環(huán)階段極限荷載為162.61kN，最大變形為65.97mm。

1.2 試件試驗現(xiàn)象

力循環(huán)階段加載至+80kN 之前的循環(huán)中，試件基本處于彈性工作狀態(tài)，卸載后基本無殘余變形；加載至85kN 時，受拉區(qū)出現(xiàn)第一條彎曲裂縫；繼續(xù)加載，已有裂縫不斷加寬，新的裂縫不斷出現(xiàn)；正方向在100kN 加載循環(huán)，縱向鋼筋并沒有屈服；RCC-1B 在力循環(huán)階段，最大變形為15.76mm，水平力為+180kN；隨后以Δ=16mm 的倍數(shù)進入位移控制加載，每級循環(huán)三次；在進入第一次循環(huán)的途中，混凝土橫裂縫驟然增長增寬，位移至26.23mm 時出現(xiàn)最大水平力231.8kN，此時受壓縱筋屈服，并且伴隨著出現(xiàn)受拉區(qū)橫向裂縫貫通，此后循環(huán)中剛度退化嚴重；在3Δ階段中，保護層開始大量脫落，試件中間擴大部分的上下端側(cè)面均出現(xiàn)“X”形交叉裂縫；至4Δ階段第三循環(huán)負方向，受拉區(qū)角部一根鋼筋拉斷；至5Δ階段第一循環(huán)正方向過程中，壓區(qū)鋼筋全部斷裂，此時認為試件已破壞，加載停止，試件喪失承載力后，角部箍筋外鼓，角部鋼筋籠中的混凝土掏空；位移循環(huán)階段屈服荷載為231.8kN，最大變形為78.85mm。

2 破壞形態(tài)分析

縱觀本次試驗中2 根試件，其整個破壞過程有如下規(guī)律：在水平力達到約0.3～0.4 倍極限荷載時，首先在柱中靠下受拉側(cè)面出現(xiàn)水平彎曲裂縫；荷載反向加載時，在柱中靠下另一側(cè)面出現(xiàn)水平彎曲裂縫；隨著荷載的增加，側(cè)面的水平裂縫逐漸開展，位移循環(huán)階段尤為明顯，該階段彎矩二階效應(yīng)較明顯，但壓區(qū)混凝土由于受到約束混凝土分體柱的約束，限制其發(fā)生大的變形，裂縫轉(zhuǎn)為斜向發(fā)展，繼而在試件中間擴大部分的上下端側(cè)面均出現(xiàn)“X”形交叉裂縫，隨著柱端軸壓力的提高，裂縫的出現(xiàn)與發(fā)展延緩，使得試件的開裂荷載與極限荷載均有所提高；同時受壓柱體混凝土出現(xiàn)細微豎向裂縫，并向兩端發(fā)展；繼續(xù)增加荷載，斜裂縫發(fā)展緩慢，而水平裂縫迅速發(fā)展并隨著荷載的往復(fù)循環(huán)在柱橫截面貫通，最大寬度約0.5mm，當(dāng)荷載加到極限荷載的0.8～0.85 倍時，試件隨即達到屈服狀態(tài)；伴隨荷載的往復(fù)循環(huán)以及控制位移的增大，柱體上的橫向裂縫增多，相互貫通的橫向裂縫增多，柱體四條棱邊上的混凝土開始脫落，內(nèi)部傳出混凝土劈裂聲，此時水平荷載下降，但下降速度不大，這是由于彎曲破壞時，約束混凝土分體柱限制了荷載的迅速下降。當(dāng)縱筋局部屈服時，混凝土才出現(xiàn)大面積的脫落，此時水平荷載開始迅速下降，試件破壞；破壞時，貫通的彎曲水平裂縫最大寬度達到1mm左右，柱體加強區(qū)域混凝土保護層脫落，箍筋、縱筋幾乎完全暴露，縱筋壓屈、外鼓現(xiàn)象也非常明顯，但多數(shù)試件縱筋所圍部分混凝土成對角錐體，并未掏空。

總體來說，本試驗中兩組相對較高軸壓比試件的破壞是由于受壓區(qū)混凝土應(yīng)力達到極限承載力，混凝土進入完全塑性狀態(tài)，受壓區(qū)縱筋屈服，整個柱子逐漸喪失承載力引起的，符合彎曲型破壞的特征。這種形態(tài)的破壞過程比較緩慢，是一個延性耗能的過程，因而試件延性較好。普通混凝土柱的最終破壞是由于受壓區(qū)混凝土破壞，縱向鋼筋被壓曲，從而導(dǎo)致整個截面被壓潰，構(gòu)件失去承受軸向力的能力，而區(qū)域約束混凝土柱由于其分體柱的約束，雖然隨著往復(fù)變形的增大與混凝土被逐漸受壓破壞（在試驗中表現(xiàn)為混凝土柱子的承載力逐漸減?。?，但承載力減小的速度較為緩慢，延性耗能能力明顯好于普通混凝土柱。

3 結(jié)論

1、試件的彈性變形隨著軸壓比的增大而增大，極限承載力相應(yīng)提高；

2、同等條件下，低軸壓比試件具有相對較好的塑性發(fā)展機制；

3、試件的延性隨著軸壓比的增大而增大，同等軸壓比剛度相差不大；