超高性能混凝土構件抗震性能研究進展

(華東交通大學 土建學院 江西 南昌 330013)

一、前言

UHPC材料在韌性、變形能力以及耐久性等方面的優越性能[1]，使其在工程領域中具有良好的應用前景。目前美日韓等國已成功將UHPC材料應用于橋梁與路面工程、核電工程等領域[2]。國內UHPC研究雖然起步較晚，但UHPC材料在鐵路蓋板、橋梁伸縮縫填補等多個實際工程中取得成功的應用[3]。基于UHPC優越的斷裂韌性，人們開始重視UHPC材料在工程結構抗震性能方面的研究，不少學者通過試驗和數值模擬探討UHPC構件的抗震性能。本文通過對國內外UHPC構件抗震性能研究現狀進行梳理與總結，分析了軸壓比、縱筋率和配箍率對UHPC構件抗震性能的影響，希望能為UHPC構件抗震性能研究以及工程應用提供參考。

二、試驗研究

(一)軸壓比

軸壓比是影響壓彎構件抗震性能的重要因素，其大小與結構的抗震富余能力密切相關。為此，鞠彥忠[4]開展了18根UHPC柱的擬靜力試驗，分析了軸壓比分別為0.29、0.43和0.58時對構件抗震性能影響，此后，郝文秀[5]試驗了5根軸壓比為0的UHPC橋墩以及任亮[6]試驗了軸壓比為0.15的3根UHPC箱型橋墩。對比三者的實驗結果表明，當軸壓比不超過0.3時，UHPC構件的延性隨軸壓比的增大而增大；當軸壓比達到0.3以后，UHPC構件位移延性系數保持平緩，UHPC構件的脆性開始顯現，因此適當控制軸壓比可確保結構具有較好的延性儲備。

(二)縱筋率

縱筋率是影響UHPC構件變形能力的重要因素。郝文秀[5]通過擬靜力試驗，探討了縱向配筋率對UHPC空心矩形橋墩延性性能的影響，指出UHPC構件的延性隨著縱筋率的增大呈先增加后減小的趨勢。此后，Hung[7]通過6根高強鋼筋增強UHPC柱抗震性能試驗，分析了縱筋率對構件抗震性能的影響。結果表明縱筋率能有效改善構件的損傷容限。上述結論表明在適筋范圍內，縱筋率對UHPC結構延性起正向作用，當達到超筋范圍后，縱筋率對結構延性將起反向作用。為此，在設計UHPC構件時，截面縱筋率宜控制在合適的范圍。

(三)配箍率

混凝土構件承受偏壓荷載作用時，結構易發生剪切破壞和橫向鼓曲現象，而箍筋的設置可有效提高混凝土的抗剪能力和約束混凝土橫向變形。對此，閻貴平[8]教授在2004年就開展了4個不同配箍率的UHPC柱的擬靜力試驗，結果表明，箍筋的數量及間距對UHPC構件抗震延性影響不大。此后，蘇駿[9]通過對UHPC加固梁柱節點一系列抗震試驗研究，進一步明確了上述結論，并指出UHPC自身具有較強的抗剪能力是導致增加配箍率對結構抗剪能力提高效果不明顯的重要原因。為此，可從經濟角度考慮配箍率來滿足構件抗震需求。

三、結論

本文對國內外UHPC結構抗震性能試驗和數值模擬研究進展進行了綜述，得到了以下主要結論：

(1)在低軸壓比時，UHPC構件的延性隨軸壓比的增大而增大，但當軸壓比達到0.3以后，UHPC構件位移延性系數保持平緩，在設計中宜將軸壓比控制在合理的范圍，以確保結構具有較好的延性儲備。

(2)UHPC構件延性隨縱筋率的增大呈先增加后減小的趨勢，箍筋的配置是提高UHPC構件延性的有效措施，但建議在滿足結構各方面力學性能的前提下，從經濟角度考慮配箍率取值。