混凝土延性柱耗能器抗震性能試驗分析

陶振彬 陳禮剛

(青島理工大學,山東青島 266033)

混凝土延性柱耗能器抗震性能試驗分析

陶振彬 陳禮剛

(青島理工大學,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量,施工的過程中,必須對混凝土的施工引起重視。本文結合本人的工作經驗,主要就混凝土延性柱耗能器抗震性能的試驗展開相關論述。

混凝土 抗震性能 延性柱 耗能器

1 前言

近幾年來，隨著我國社會經濟的不斷發展，我國的建筑行業也得到了一定發展，于是混凝土在建筑施工中得到了越來越廣泛的應用，相關人員為了對結構主體材料與耗能裝置的不同、設計分析專業性強且需定期維護的缺點進行有效克服，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用與推廣，本文主要就此裝置的抗震性試驗作以下分析。

2 混凝土延性柱耗能器抗震性能試驗方案

2.1 試件類型

根據強剪弱彎構件的形式對鋼筋混凝土延性柱耗能器進行設計，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個延性柱耗能器試件，其中每個延性柱試件的高度為90cm，根數則均為3，表1為各試件的編號與類型的具體情況：(表1)

2.2 鋼筋材料的力學性能

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

2.3 加載方法

(1)試驗過程中，構件邊界條件的具體情況設為：把延性柱耗能器的底端進行有效固定，然后以水平方式在其頂端所在位置進行反復加載，并對頂端豎向千斤頂的壓力進行適當調整，以使頂端始終保持平動狀態[2]。

(2)加載順序：先向豎向施加荷載(在實際結構中，延性柱耗能器所負擔的豎向荷載通常是比較小的，因此，把軸壓之間的比設為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，通過位移計荷載的共同作用來對水平荷載進行控制，當延性柱主筋屈服之后，再通過位移對其進行控制，此時，同一位移下需循環兩次，直至荷載下降至最大荷載的85%以下才結束試驗。

3 結果及相關分析

3.1 試件破壞過程及破壞形態

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

(2)當延性柱耗能器試件在水平荷載達到最大時，試件的水平位移通常會大于45mm，此時，試件保護層中的混凝土已受到比較嚴重的破壞。接著壓區所在位置的混凝土又會隨著水平位移的逐漸增加而受到一定破壞，此時，為了對其進行有效保護，于是密配復合箍筋對其進行約束，從而使后期的承載力出現了比較平緩的下降，因此，構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基本相同，三者共同作用，使整個構件表現出了較好的性能。各試件在最大水平荷載時開裂的具體情況見圖1。

3.2 骨架曲線

對試件進行荷載試驗后，于是把其變形曲線中各加載級第一循環峰點進行連接，于是得到試件的骨架曲線，對其進行詳細分析可知，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。試驗結束時，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

通過對三個試件的水平力p-水平位移△滯回曲線(△表示試件和水平荷載加載點在同一高度時的水平位移)進行分析可知，各試件的耗能性能都比較強，且滯回環也都比較飽滿[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生開裂現象，從而使水平位移達到50mm后只能以負向方式加載，而不能以正向方式進行加載。

3.4 等效鉆滯阻尼系數

通過對試件的等效粘滯阻尼系數進行分析可知，試件頂端所在位置的水平位移大于屈服所產生的水平位移，此時試件的等效粘滯阻尼系數(h)呈比較迅速的上升趨勢，此外，試件的耗能性能在此時也出現一定增加[5]。

3.5 位移延性系數

通過對此試件的水平位移和延性系數進行詳細分析可知，試件RCC-3的延性系數為4.56～4.81，而試件RCSX-3和試件RCS-3的延性系數則大概一致，均為5.61～6.84，由此可知，三個試件的延性都比較好。但和其他兩個試件不同的是，試件RCC-3的試驗屈服較大，因此，相對而言，其延性系數也會比較小。

4 結語

本研究通過對RCC-3、RCSX-3、RCS-33個混凝土延性柱耗能器試件進行試驗分析，主要得出以下結論：

(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 試件編號與類型

表2 鋼筋材料的力學性能情況

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

圖1 各試件在最大水平荷載時的開裂情況示意圖

(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都基本相同，由此可知，它們在工作中有著較好的協調性。

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

(5)延性柱耗能器有著較大的延性系數，因此，其構件通常也具備較好的延性。

通過上述結論可知，試件所受到的破壞程度、骨架曲線以及等效鉆滯阻尼系數等因素都與其抗震能力有著非常密切的聯系，本研究主要就相關試驗作了簡要分析，以進一步促進此裝置在混凝土建筑工程施工中的有效運用，并以此為相關研究提供參考。

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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.

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

[5]張行,張謝東.鋼筋混凝土柱擬靜力試驗數值模擬分析[J].工程抗震與加固改造,2013(5):169-170.