無粘結高強鋼筋混凝土柱自復位性能研究綜述

施云 戴偉 吳慶 徐新文

【摘 要】對后無粘結高強鋼筋混凝土柱進行了介紹，分析了研究的必要性，從國內外對無粘結高強鋼筋混凝土柱的耗能性能的實驗研究、理論研究等方面進行了論述，介紹了最新研究進展。

【關鍵詞】無粘結高強鋼筋；低周反復荷載試驗；復位性能；殘余變形

中圖分類號： TU375.3；TU352.11 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0088-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.039

【Abstract】Introduced the post unbonded high strength reinforced concrete column Introduced，the necessity of the study is analyzed，the experimental research and theoretical research on the energy dissipation performance of unbonded high strength reinforced concrete column are discussed from home and abroad，and the latest research progress is introduced.

【Key words】Unbonded high-strength steel bar；Low cyclic loading test；Reduction performance；Residual deformation

0 引言

現有的鋼筋混凝土結構為了達到“大震不倒，中震可修，小震不壞”的抗震設計目的，地震后出現較大的結構變形或殘余變形是被結構設計規范允許的，而且結構設計人員在進行結構設計的時候也是遵循這一理念的，但是地震后建筑物的較大殘余變形卻給社會救援和建筑物的修復工作帶來了一定的困難，許多建筑物由于較大殘余變形的存在而無法修復，不得不拆除，造成了極大的資源浪費和財產損失[1]。因此在日本1997年發生神戶大地震后，日本學者大谷和川島等[2，3]等學者已經指提出應當采取一定的措施來減小建筑物地震后殘余變形，并強調了減小建筑物殘余變形的重要性。

綜上考慮只遵循傳統的抗震設計理念及方法現已經不能滿足現代的抗震設計目的及要求，建筑物在地震后具備較小的殘余變形也應當作為一個重要的衡量指標。日本神戶大學的孫玉平等[4]指出在不久的將來新型建筑物在抗震性能方面應當具備：1、在大地震時建筑結構應該具備良好的抗震承載力及良好的延性；2、建筑物即使經歷了大地震也應當具備較小的殘余變形及良好地自復位性能。

雖然減小建筑物地震的殘余變形的重要意義在很早以前就已經提出并得到重視，但是建筑結構具備良好的自復位性能的研究卻鮮有涉及。近年來，建筑物具備良好地自復位性能正在成為眾多學者的研究對象。

1 無粘結高強鋼筋混凝土結構特點

無粘結或低粘結高強鋼筋混凝土結構和普通混凝土結構從組成材料的方面考慮兩者差別不大，其組成材料都是鋼筋及混凝土，但是由于無粘結高強鋼筋的存在決定兩種結構所用的材料形式及強度都會有所區別。鋼筋混凝土材料實現了鋼筋與混凝土的結合，使兩種材料能夠取長補短，發揮各自的優勢，將傳統有粘結鋼筋變成無粘結高強鋼筋的目的在于在構件或結構發生變形時無粘結高強鋼筋能產生一個恢復力以減小其殘余變形。

2 研究現狀

2.1 國外研究現狀

國外學者對這一領域的研究進入較早，研究成果也較為豐富，但對該課題的研究仍然方興未艾。縱觀所有學者的研究發現為了減小建筑物的殘余變形及具備自復位能力到，研究者們一般會采取兩種方式，一是通過在結構或構件中加入后張拉無粘結預應力鋼筋來施加預應力，二是增加無粘結或低粘結力的高強鋼筋或用其取代（部分取代）傳統受力主筋。

渡邊教授等研究者[5]通過在普通鋼筋混凝土柱中通過預應力筋施加預應力，綜合利用鋼筋混凝土柱的高承載力及良好的抗震性能，預應力筋的預應力及變形后可以提供良好的回復力的特點。使得后張拉預應力混凝土結構不但擁有較好的承載能力及抗震性能，而且能夠切實減小結構或構件地震后的殘余變形。Priestley等 [6]已經建議在鋼筋混凝土橋梁中通過加入后張拉預應力筋來實現減小殘余變形的目的。而Panian[7]在 David Brown Center的設計及建造過程中將該方法付諸實踐，取得了不錯的應用效果。

雖然通過在構件中加入預應力筋的方式來提高建筑的自復位能力并減小建筑物震后殘余變形的有效性已經通過眾多學者的研究及應用得到驗證，但是有關預應力筋在實際應用過程中及幾個問題仍然沒有得到很好地解決。一是如何評定或測量預應力筋在地震或者使用過程中的預應力損失及由此造成的建筑結構或構件自復位性能能力降低殘余變形增大；二是該方法如何保證建筑結構或構件在地震作用時能夠擁有穩定地承載能力而不出現退化現象；三是由于施加了預應力無可避免的會造成建筑結構的耗能性能變差。

Pandey[9]通過采用改變鋼筋與混凝土之間的無粘結形式，無粘結區段長度對無粘結高強鋼筋混凝土柱的抗剪承載力及其延性性能的影響及規律。研究結論表明在普通鋼筋混凝土柱中加入無粘結或低粘結鋼筋后（或用無粘結或低粘結鋼筋替換柱中受力主筋）柱身裂縫的出現及發展主要集中在柱的柱腳處，且鋼筋與混凝土之間的粘結力越小這種現象越明顯，很好地改善了柱的損傷情況，柱的破壞形式逐漸由剪切破壞轉變成彎曲破壞。隨著鋼筋與混凝土之間粘結力的減小或鋼筋無粘結區段長度的增加，柱的延性性能不斷得到改善。

江琦文也[12]在鋼筋混凝土柱身上外包鋼管及采用無粘結高強鋼筋取代柱中的傳統鋼筋來實現結構的自復位。其研究用的試件雖然表現出良好的自復位性能，殘余變形較小，但同時也存在著無傳統主筋僅有無粘結高強鋼筋的混凝土柱的承載力低于理論值及由無粘結鋼筋提供的自復位力急劇減小的現象。而利用鋼管對柱進行外包其承載力可切實得到提高。

日本神戶大學孫玉平等人[10]利用一種SBPDN鋼筋作為建筑構件的主筋，這種鋼筋的粘結力只有傳統熱軋帶肋鋼筋的20%左右。由于較低的粘結力會使該鋼筋的屈服出現延遲，使得結構或構件在發生較大形變時該鋼筋沒有出現屈服從而具備較好的自復位性能及延性性能。實驗結果表明使用該鋼筋不僅對減小建筑結構的殘余變形作用明顯，而且能夠保證構件及結構具備良好的承載能力

2.2 國內研究現狀

近年來，國內一些學者對于建筑物結構或構件的自復位性能研究開始逐漸開始重視起來[11]。清華大學的一些研究者[12]在橋梁墩柱軸心位置設置預應力鋼筋及柱周邊布置耗能鋼筋來減小其殘余變形及提高其耗能性能。

孟少平等[28]著眼于裝配式建筑，將裝配式建筑中的鋼筋混凝土梁、柱混凝土梁柱通過外加角鋼連接，遵循“強節點、弱構件”的抗震設計原理，使梁柱節點的抗震性能得到提高，使梁、柱構件的變形皆能保持在彈性范圍內，以保證結構或構件的自復位能力，使其提供穩定的回復力，減小其殘余變形。

胡曉斌等[13]通過設置在墻體中的水平縫使墻體在地震或受力時可沿縫隙轉動，同時通過預埋在墻體中的預應力筋使墻體在地震或受力后自復位，減小殘余變形。

國內學者的研究主要是在結構中采用一定的構造措施從而實現結構或構件的自復位，一般來說該構造措施都具備一定的復雜性，給設計和施工帶來一定的難度，不具備普遍性和推廣應用價值。因此，針對應用更為廣泛的鋼筋混凝土結構，研制或發明出一種無須特殊構造或復雜施工工程即具備良好復位能力的結構形式或裝置應當作為以后一段時期的重點研究方向。

3 研究結論分析

根據國內外等人的研究結論，減小主筋與混凝土之間的粘結力或提高主筋的無粘結區段長度可有效地提高結構或構件的自復位能力，減小其殘余變形。這是因為主筋與混凝土之間粘結力的減小使構件主筋的受力更加的趨于均勻，柱的受力機制發生了變化，由剪切破壞模式轉變為拉桿拱受力模式，受力模式轉變如圖1所示。

【參考文獻】

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[13]胡曉斌，賀慧高，彭真，曹文清.往復荷載作用下自復位墻滯回性能研究，建筑結構學報，2013，Vol.34，No.11，pp：18-23.