鋼筋混凝土短柱抗剪問題研究淺見[精品資料]

鋼筋混凝土短柱抗剪問題研究淺見 -精品資料 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 最新最全的 學(xué)術(shù)論文 期刊文獻(xiàn) 年終總結(jié) 年終報(bào)告 工作總結(jié) 個(gè)人總結(jié) 述職報(bào)告 實(shí)習(xí)報(bào)告 單位總結(jié) 摘要：國(guó)內(nèi)外歷次大地震震害表明，鋼筋混凝土短柱易發(fā)生脆性剪切破壞并引起結(jié)構(gòu)的倒塌。本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)外開展的鋼筋混凝土短柱抗震問題的若干進(jìn)展，認(rèn)為盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)短柱抗剪問題開展了較多的試驗(yàn)和理論分析工作，但其涉及的抗剪分析模型，延性抗震設(shè)計(jì)方法等仍未實(shí)現(xiàn)，宜開展進(jìn)一步的研究。 關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土短柱；抗剪強(qiáng)度；抗震能力；試驗(yàn)研究；理論分析 TU37 A 1. 引 言 鋼筋混凝土柱在地震荷載下的破壞會(huì)導(dǎo)致建筑物倒塌，尤以短柱引起的破壞更為嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)外歷次大地震震害調(diào)查表明，短柱由于剛度大，地震作用下分配到的剪力較大，其延性又較差，變形及耗能能力小，因而會(huì)率先破壞。盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)短柱抗剪問題進(jìn)行了較多的試驗(yàn)研究和理論分析，但其涉及的抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算、延性抗震設(shè)計(jì)理論等問題仍未很好解決，本文對(duì)鋼筋混凝土短柱抗剪問題開展的相關(guān)研究進(jìn)行了綜述，總結(jié)了國(guó) 內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，以期推動(dòng)鋼筋混凝土短柱抗剪問題研究的進(jìn)一步發(fā)展。 2. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 鋼筋混凝土框架柱由于同時(shí)承受彎矩、剪力與軸力的復(fù)合作用，其抗剪機(jī)理較為復(fù)雜，影響因素眾多。同時(shí)，由于混凝土在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度理論尚不成熟，混凝土開裂后內(nèi)部變形協(xié)調(diào)關(guān)系尚不完善，因而至今沒有能夠從根本上解決剪切破壞的力學(xué)關(guān)系問題，由解析法建立剪切強(qiáng)度計(jì)算公式還相當(dāng)困難。目前，鋼筋混凝土框架柱抗剪強(qiáng)度的分析方法綜合起來大致有以機(jī)理分析為基礎(chǔ)的計(jì)算模型方法、以實(shí)驗(yàn)資料為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)分析、非線性有限元分析方 法等 1。 早在 1968 年 Yamada 就提出了短柱的問題。經(jīng)過研究，他與合作者們確定了短柱的劃分界限，并提出了計(jì)算模型，包括有限元模型，臨界應(yīng)力點(diǎn)模型及桁架理論等。日本建設(shè)省建筑研究院在 1978 年組織了大規(guī)模的短柱單向及雙向加載的試驗(yàn)研究工作。南宏一和若林實(shí)等日本學(xué)者在鋼筋混凝土框架短柱破壞機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，借鑒勁性鋼筋混凝土框架柱抗剪分析方法，建立了新的短柱剪切強(qiáng)度計(jì)算方法。他們認(rèn)為，框架柱在彎矩、軸力、剪力等復(fù)合受力作用下，其內(nèi)力由梁機(jī)理和拱機(jī)理共同承擔(dān)。由累加強(qiáng)度理論，將兩部分抗力相疊加， 得到構(gòu)件的總抗力。這種分析模型稱之為桁架拱模型。 Jirsa及合作者們研究了短柱雙向受荷時(shí)的特性及不同加載歷史的影響，提出了經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。 Kaneko、 Tanaka 等人的研究結(jié)果指出：主筋粘結(jié)對(duì)短柱特性有很大的影響，并據(jù)此提出了桁架計(jì)算模型 2。 西安冶金建筑學(xué)院周小真、姜維山 3制作了 18 個(gè)短柱試件。所有試件剪跨比均為 1.0，通過在低周反復(fù)循環(huán)水平荷載及高軸壓作用下的試驗(yàn)研究。探討了高軸壓作用下短柱的抗震性能。通過試驗(yàn)分析，得出的結(jié)論如下： 1) 軸壓比是影響鋼筋混凝土短柱抗震性能的主要因素。 軸壓比小于 0.8 時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨軸壓比的增加而增加，延性隨軸壓比的增加而減??；軸壓比大于 0.8 時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨軸壓比的增加而減小，此時(shí)，構(gòu)件不具有延性。 2) 短柱的破壞形態(tài)有彎曲，剪切，高剪壓等形式，它們與軸壓比、混凝土強(qiáng)度、配筋率等因素有關(guān)。 3) 小剪跨比的短柱，低配箍率時(shí)箍筋對(duì)短柱抗剪強(qiáng)度作用較小。這時(shí)因?yàn)槎讨霈F(xiàn)斜裂縫，主要取決于混凝土本身的力學(xué)性能，構(gòu)件出現(xiàn)斜裂縫，混凝土已失去了整體性，剛度及承載力急劇下降。箍筋在混凝土剪裂后應(yīng)力增加，但難以補(bǔ)償混凝土強(qiáng)度的下降。 王輝家 4通過對(duì) 30 根截面 為 140mm140mm，剪跨比1，縱筋配筋率為 1.6%的小剪跨比鋼筋混凝土框架短柱受剪破壞的過程和特點(diǎn)的試驗(yàn)研究，著重分析構(gòu)件抗剪強(qiáng)度隨軸壓比變化的規(guī)律；得出以下結(jié)論： 1) 抗剪強(qiáng)度與軸壓比的關(guān)系呈非線性，隨著軸壓比的增大，抗剪強(qiáng)度先增后減。 2) 小剪跨比構(gòu)件的破壞形態(tài)可以分為剪切斜拉破壞及高壓剪破壞兩種類型。軸力較小時(shí)為剪切斜拉破壞，機(jī)理與框架節(jié)點(diǎn)區(qū)的破壞機(jī)理類似，短柱達(dá)到其抗剪強(qiáng)度時(shí)受壓縱筋屈服；軸力較大時(shí)為高壓剪破壞，破壞形態(tài)類似于小偏壓構(gòu)件，在反復(fù)荷載作用下，柱中兩側(cè)混凝土逐漸破碎，核心區(qū)混凝土面 積逐漸減小，最后在高軸壓及水平力的共同作用下，由于柱中主壓應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度而使之產(chǎn)生破壞。 3) 小剪跨比構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度，宜考慮縱筋的有利影響。 4) 小剪跨比構(gòu)件的延性很小。要使其延性滿足抗震要求，應(yīng)從構(gòu)造入手，設(shè)法將剪切破壞形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢推茐男螒B(tài)。 5) 抗剪強(qiáng)度隨軸壓比而變化，其規(guī)律是當(dāng)軸壓比小于（ 0.4 0.5）時(shí)，軸壓力使抗剪強(qiáng)度提高，而當(dāng)軸壓比大于（ 0.4 0.5）時(shí)，軸壓力使抗剪能力降低。 6) 一般配箍率的增大對(duì)高軸壓構(gòu)件抗剪強(qiáng)度無明顯影響。 天津大學(xué)楊建江、康谷貽 5采用桁架拱模型 ，利用平衡條件、協(xié)調(diào)條件和混凝土軟化應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以及鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，對(duì)鋼筋混凝土框架短柱抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了分析，并利用該方法對(duì)國(guó)內(nèi)所做 63 個(gè)普通混凝土框架短柱的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了強(qiáng)度分析，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果復(fù)合較好。在此基礎(chǔ)上，利用陶?；炷恋能浕瘧?yīng)力應(yīng)變關(guān)系，對(duì)其完成的9 根鋼筋高強(qiáng)陶?；炷量蚣芏讨囼?yàn)結(jié)果作了對(duì)比分析，取得了較好的效果。 梁書亭、蔣永生 6進(jìn)行了 6 組 18 個(gè)高強(qiáng)混凝土圓柱體試件的試驗(yàn)研究。得出以下結(jié)論： 1) 采用 X 形配筋后 , 高強(qiáng)鋼筋混凝土圓形短柱的抗剪能力明顯提 高。 2) 配置 X 形筋后混凝土的強(qiáng)度和極限變形將有所增加。 3) 當(dāng)高強(qiáng)混凝土圓柱體配置 X 形筋和螺旋箍筋時(shí)，將對(duì)混凝土產(chǎn)生雙重約束，從而使混凝土的強(qiáng)度和變形有較大的提高。 4)對(duì) X 形配筋高強(qiáng)混凝土圓形短柱反復(fù)荷載下的試驗(yàn)可知 , 其受剪承載力較一般高強(qiáng)混凝土圓形短柱高 , 滯回曲線豐滿 , 骨架曲線下降段平緩 , 位移延性系數(shù)較大 , 剛度退化較緩慢 , 耗散地震能量的能力強(qiáng) , 是改善高強(qiáng)混凝土短柱抗震耗能能力的有效手段。 賈金青、趙國(guó)藩 7對(duì) 12 根高強(qiáng)混凝土框架短柱在反復(fù)荷載作用下的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出 如下結(jié)論： 1) 高強(qiáng)混凝土框架短柱與普通混凝土框架短柱的破壞形態(tài)類似，剪切破壞的形態(tài)主要為剪壓破壞。 2) 高強(qiáng)混凝土框架短柱的位移延性隨軸壓比的增大而降低，隨配箍率的增大而提高。 3) 高強(qiáng)混凝土框架柱的抗剪強(qiáng)度隨著軸壓比增大而提高，但軸壓比達(dá)到一定程度后抗剪強(qiáng)度不再提高，本試驗(yàn)中軸壓比超過0.6 以后抗剪強(qiáng)度不再提高。根據(jù)抗剪強(qiáng)度和軸壓比的關(guān)系分析，高強(qiáng)混凝土短柱計(jì)算抗剪強(qiáng)度時(shí)考慮對(duì)其影響的軸壓比限值取 0.4 是合理的。 Priestley8等人通過對(duì)大量鋼筋混凝土橋墩模型的反復(fù)荷載試驗(yàn)研究后指出 :對(duì)橋墩塑性鉸區(qū)的剪切強(qiáng)度必須加以重視，塑性鉸區(qū)的抗剪強(qiáng)度低于非塑性鉸區(qū)的抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)表明，斜裂縫與柱軸的夾角隨延性的增加而減小，反映了析架機(jī)構(gòu)抗剪能力的提高。他們同時(shí)認(rèn)為軸向力的存在使斜壓機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的抗剪能力的提高應(yīng)單獨(dú)作為抗剪強(qiáng)度中的一個(gè)獨(dú)立因素，墩柱的殘余剪切強(qiáng)度由三個(gè)獨(dú)立的部分組成，即與延性水平有關(guān)的混凝土部分，與剪跨比有關(guān)的軸壓力部分及與箍筋有關(guān)的桁架部分。 Ang 等人完成了 25 根直徑為 400mm 的圓形鋼筋混凝土橋墩模型在反復(fù)荷載下的抗震試驗(yàn)。模型的剪跨比在 2.5 以內(nèi)變化，軸壓比為 0-0.2，縱筋配筋率均為 3.2，橫向鋼筋配筋率為 0%-1.02%，實(shí)測(cè)混凝土圓柱體軸心抗壓強(qiáng)度為 29.6MPa-37.5MPa。試驗(yàn)結(jié)果表明，初始剪切強(qiáng)度隨著剪跨比的降低和軸壓比的增大而提高，但將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)剪跨比的不同分組后發(fā)現(xiàn)，剪跨比只在 2.0 以內(nèi)對(duì)構(gòu)件有著明顯的影響，大于 2.0時(shí)，剪跨比的影響逐漸消失；試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，軸向荷載對(duì)殘余剪切強(qiáng)度的影響相對(duì)于初始剪切強(qiáng)度影響明顯降低，橫向鋼筋約束核心區(qū)混凝土對(duì)混凝土部分抗剪能力有影響。 3. 結(jié) 論 盡管國(guó)外對(duì)鋼筋混凝土短柱抗剪問題開展了不少研究 ，但涉及的短柱抗剪強(qiáng)度分析模型，延性抗震設(shè)計(jì)理論等關(guān)鍵問題仍未很好解決，對(duì)此應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以充分保證結(jié)構(gòu)抗震安全。 參考文獻(xiàn) 1 王東升 ,司炳君 ,孫治國(guó) ,等 . 地震作用下鋼筋混凝土橋墩塑性鉸區(qū)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) J. 中國(guó)公路學(xué)報(bào) , 2011, 24(2): 34-41. 2 司炳君 .普通及高強(qiáng)鋼筋混凝土橋墩地震抗剪強(qiáng)度研究 D. 大連 : 大連理工大學(xué) , 2008. 3 周小真 ,姜維山 .高軸壓作用下鋼筋混凝土短柱抗震性能的試驗(yàn)研究 J. 西安冶金建筑 學(xué)院學(xué)報(bào) , 1985, 42(2): 103-119. 4 王輝家 .壓彎剪作用下鋼筋混凝土短柱抗剪性能試驗(yàn)研究 J.西安冶金建筑學(xué)院學(xué)報(bào) , 1989, 21(1): 76-84. 5 楊建江 ,康谷貽 .鋼筋混凝土框架短柱復(fù)合受力強(qiáng)度分析模型 J.天津大學(xué)學(xué)報(bào) , 1997, 30(4): 473-479. 6 梁書亭 ,蔣永生 ,朱敏杰 ,等 .X 型配筋高強(qiáng)混凝土短柱抗震性能試驗(yàn)研究 J.東南大學(xué)學(xué)報(bào) , 1997, 27(S1): 33-38. 7 賈金青 ,趙國(guó)藩 .高強(qiáng)混凝土框架短柱力學(xué)性能的試驗(yàn)研究 J.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào) , 2001, 22(3): 43-47. 8 Priestley M J N, Verma R. 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