混凝土延性柱耗能器抗震性能試驗(yàn)分析

陶振彬 陳禮剛

(青島理工大學(xué),山東青島 266033)

混凝土延性柱耗能器抗震性能試驗(yàn)分析

陶振彬 陳禮剛

(青島理工大學(xué),山東青島 266033)

混凝土在建筑工程中有著非常重要的意義,為了保證建筑工程的質(zhì)量,施工的過程中,必須對(duì)混凝土的施工引起重視。本文結(jié)合本人的工作經(jīng)驗(yàn),主要就混凝土延性柱耗能器抗震性能的試驗(yàn)展開相關(guān)論述。

混凝土 抗震性能 延性柱 耗能器

1 前言

近幾年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的建筑行業(yè)也得到了一定發(fā)展，于是混凝土在建筑施工中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，相關(guān)人員為了對(duì)結(jié)構(gòu)主體材料與耗能裝置的不同、設(shè)計(jì)分析專業(yè)性強(qiáng)且需定期維護(hù)的缺點(diǎn)進(jìn)行有效克服，于是研究出了一種新型耗能裝置——混凝土延性柱耗能器。為了使此裝置能在建筑工程中得到更好的應(yīng)用與推廣，本文主要就此裝置的抗震性試驗(yàn)作以下分析。

2 混凝土延性柱耗能器抗震性能試驗(yàn)方案

2.1 試件類型

根據(jù)強(qiáng)剪弱彎構(gòu)件的形式對(duì)鋼筋混凝土延性柱耗能器進(jìn)行設(shè)計(jì)，此外，為了使其延性得到一定提高，還以加密形式為其配置箍筋[1]。試件主要包括3個(gè)延性柱耗能器試件，其中每個(gè)延性柱試件的高度為90cm，根數(shù)則均為3，表1為各試件的編號(hào)與類型的具體情況：(表1)

2.2 鋼筋材料的力學(xué)性能

使用型號(hào)為C40商品混凝土材料制作此試件，此試件的立方體抗壓強(qiáng)度值為56.3MPa，表2為此試件所使用的鋼筋材料力學(xué)性能的具體情況：(表2)

2.3 加載方法

(1)試驗(yàn)過程中，構(gòu)件邊界條件的具體情況設(shè)為：把延性柱耗能器的底端進(jìn)行有效固定，然后以水平方式在其頂端所在位置進(jìn)行反復(fù)加載，并對(duì)頂端豎向千斤頂?shù)膲毫M(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以使頂端始終保持平動(dòng)狀態(tài)[2]。

(2)加載順序：先向豎向施加荷載(在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，延性柱耗能器所負(fù)擔(dān)的豎向荷載通常是比較小的，因此，把軸壓之間的比設(shè)為0.1)，接著再向其施加水平方向的荷載，具體的施加方法如下：在延性柱主筋屈服之前，通過位移計(jì)荷載的共同作用來對(duì)水平荷載進(jìn)行控制，當(dāng)延性柱主筋屈服之后，再通過位移對(duì)其進(jìn)行控制，此時(shí)，同一位移下需循環(huán)兩次，直至荷載下降至最大荷載的85%以下才結(jié)束試驗(yàn)。

3 結(jié)果及相關(guān)分析

3.1 試件破壞過程及破壞形態(tài)

(1)當(dāng)荷載力度逐漸增大到一定程度后，延性柱的根部就會(huì)慢慢出現(xiàn)水平裂縫，當(dāng)水平位移有所增加后，就會(huì)逐漸有多條斜裂縫和水平裂縫出現(xiàn)，且它們都會(huì)逐漸靠近延性柱中間所在位置[3]。

(2)當(dāng)延性柱耗能器試件在水平荷載達(dá)到最大時(shí)，試件的水平位移通常會(huì)大于45mm，此時(shí)，試件保護(hù)層中的混凝土已受到比較嚴(yán)重的破壞。接著壓區(qū)所在位置的混凝土又會(huì)隨著水平位移的逐漸增加而受到一定破壞，此時(shí)，為了對(duì)其進(jìn)行有效保護(hù)，于是密配復(fù)合箍筋對(duì)其進(jìn)行約束，從而使后期的承載力出現(xiàn)了比較平緩的下降，因此，構(gòu)件的延性是比較好的。

(3)三根延性柱所受到的破壞程度及形態(tài)基本相同，三者共同作用，使整個(gè)構(gòu)件表現(xiàn)出了較好的性能。各試件在最大水平荷載時(shí)開裂的具體情況見圖1。

3.2 骨架曲線

對(duì)試件進(jìn)行荷載試驗(yàn)后，于是把其變形曲線中各加載級(jí)第一循環(huán)峰點(diǎn)進(jìn)行連接，于是得到試件的骨架曲線，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)分析可知，承載力最小的是試件RCC-3，而試件RCS-3和試件RCSX-3的承載力則基本相同；此外，整個(gè)骨架曲線的下降及上升趨勢都基本一致，試件屈服后，其剛度的退化速度及荷載的下降速度都比較緩慢。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，試件的最大位移為92mm，也就是說，試件的最大位移為其延性柱高度的1/10。

3.3 滯回曲線

通過對(duì)三個(gè)試件的水平力p-水平位移△滯回曲線(△表示試件和水平荷載加載點(diǎn)在同一高度時(shí)的水平位移)進(jìn)行分析可知，各試件的耗能性能都比較強(qiáng)，且滯回環(huán)也都比較飽滿[4]。另一方面，在加載的過程中，試件RCSX-3上部所在位置的剛性支座一端發(fā)生開裂現(xiàn)象，從而使水平位移達(dá)到50mm后只能以負(fù)向方式加載，而不能以正向方式進(jìn)行加載。

3.4 等效鉆滯阻尼系數(shù)

通過對(duì)試件的等效粘滯阻尼系數(shù)進(jìn)行分析可知，試件頂端所在位置的水平位移大于屈服所產(chǎn)生的水平位移，此時(shí)試件的等效粘滯阻尼系數(shù)(h)呈比較迅速的上升趨勢，此外，試件的耗能性能在此時(shí)也出現(xiàn)一定增加[5]。

3.5 位移延性系數(shù)

通過對(duì)此試件的水平位移和延性系數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析可知，試件RCC-3的延性系數(shù)為4.56～4.81，而試件RCSX-3和試件RCS-3的延性系數(shù)則大概一致，均為5.61～6.84，由此可知，三個(gè)試件的延性都比較好。但和其他兩個(gè)試件不同的是，試件RCC-3的試驗(yàn)屈服較大，因此，相對(duì)而言，其延性系數(shù)也會(huì)比較小。

4 結(jié)語

本研究通過對(duì)RCC-3、RCSX-3、RCS-33個(gè)混凝土延性柱耗能器試件進(jìn)行試驗(yàn)分析，主要得出以下結(jié)論：

(1)混凝土延性柱耗能器荷載有著比較飽滿的位移滯回曲線，其所具備的耗能性能是比較可靠的，因此，其在抗震方面的性能也是比較可靠的。

表1 試件編號(hào)與類型

表2 鋼筋材料的力學(xué)性能情況

(2)當(dāng)延性柱耗能器達(dá)到最大承載力后，其荷載的下降速度就會(huì)有所延緩，因此，其抗震性能具備一定的穩(wěn)定性及安全性，一般而言，其最大位移可達(dá)到柱高的1/12～1/9。

圖1 各試件在最大水平荷載時(shí)的開裂情況示意圖

(3)混凝土延性柱耗能器各單柱的變形及所受到的破壞形態(tài)都基本相同，由此可知，它們在工作中有著較好的協(xié)調(diào)性。

(4)延性柱耗能器試件在屈服后，其等效粘滯阻尼系數(shù)(h)會(huì)隨著位移的增大而出現(xiàn)迅速的增大現(xiàn)象。

(5)延性柱耗能器有著較大的延性系數(shù)，因此，其構(gòu)件通常也具備較好的延性。

通過上述結(jié)論可知，試件所受到的破壞程度、骨架曲線以及等效鉆滯阻尼系數(shù)等因素都與其抗震能力有著非常密切的聯(lián)系，本研究主要就相關(guān)試驗(yàn)作了簡要分析，以進(jìn)一步促進(jìn)此裝置在混凝土建筑工程施工中的有效運(yùn)用，并以此為相關(guān)研究提供參考。

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[2]胡瀟,錢永久.考慮二次受力圓形鋼套管加固鋼筋混凝土短柱軸心受壓承載力研究[J].工程抗震與加固改造,2013(5):114-115.

[3]王紹合,徐自國,肖從真,等.高層建筑設(shè)備層結(jié)構(gòu)方案對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響研究[J].建筑科學(xué),2011(5):125-126.

[4]汪洋,索小永.方鋼管混凝土柱低周反復(fù)荷載作用試驗(yàn)研究[J].人民長江,2010(9):158-159.

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