超高性能混凝土構(gòu)件抗震性能研究進(jìn)展

(華東交通大學(xué) 土建學(xué)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(yōu)越性能[1]，使其在工程領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。目前美日韓等國(guó)已成功將UHPC材料應(yīng)用于橋梁與路面工程、核電工程等領(lǐng)域[2]。國(guó)內(nèi)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(bǔ)等多個(gè)實(shí)際工程中取得成功的應(yīng)用[3]?；赨HPC優(yōu)越的斷裂韌性，人們開(kāi)始重視UHPC材料在工程結(jié)構(gòu)抗震性能方面的研究，不少學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)和數(shù)值模擬探討UHPC構(gòu)件的抗震性能。本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外UHPC構(gòu)件抗震性能研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理與總結(jié)，分析了軸壓比、縱筋率和配箍率對(duì)UHPC構(gòu)件抗震性能的影響，希望能為UHPC構(gòu)件抗震性能研究以及工程應(yīng)用提供參考。

二、試驗(yàn)研究

(一)軸壓比

軸壓比是影響壓彎構(gòu)件抗震性能的重要因素，其大小與結(jié)構(gòu)的抗震富余能力密切相關(guān)。為此，鞠彥忠[4]開(kāi)展了18根UHPC柱的擬靜力試驗(yàn)，分析了軸壓比分別為0.29、0.43和0.58時(shí)對(duì)構(gòu)件抗震性能影響，此后，郝文秀[5]試驗(yàn)了5根軸壓比為0的UHPC橋墩以及任亮[6]試驗(yàn)了軸壓比為0.15的3根UHPC箱型橋墩。對(duì)比三者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)軸壓比不超過(guò)0.3時(shí)，UHPC構(gòu)件的延性隨軸壓比的增大而增大；當(dāng)軸壓比達(dá)到0.3以后，UHPC構(gòu)件位移延性系數(shù)保持平緩，UHPC構(gòu)件的脆性開(kāi)始顯現(xiàn)，因此適當(dāng)控制軸壓比可確保結(jié)構(gòu)具有較好的延性儲(chǔ)備。

(二)縱筋率

縱筋率是影響UHPC構(gòu)件變形能力的重要因素。郝文秀[5]通過(guò)擬靜力試驗(yàn)，探討了縱向配筋率對(duì)UHPC空心矩形橋墩延性性能的影響，指出UHPC構(gòu)件的延性隨著縱筋率的增大呈先增加后減小的趨勢(shì)。此后，Hung[7]通過(guò)6根高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)UHPC柱抗震性能試驗(yàn)，分析了縱筋率對(duì)構(gòu)件抗震性能的影響。結(jié)果表明縱筋率能有效改善構(gòu)件的損傷容限。上述結(jié)論表明在適筋范圍內(nèi)，縱筋率對(duì)UHPC結(jié)構(gòu)延性起正向作用，當(dāng)達(dá)到超筋范圍后，縱筋率對(duì)結(jié)構(gòu)延性將起反向作用。為此，在設(shè)計(jì)UHPC構(gòu)件時(shí)，截面縱筋率宜控制在合適的范圍。

(三)配箍率

混凝土構(gòu)件承受偏壓荷載作用時(shí)，結(jié)構(gòu)易發(fā)生剪切破壞和橫向鼓曲現(xiàn)象，而箍筋的設(shè)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(duì)此，閻貴平[8]教授在2004年就開(kāi)展了4個(gè)不同配箍率的UHPC柱的擬靜力試驗(yàn)，結(jié)果表明，箍筋的數(shù)量及間距對(duì)UHPC構(gòu)件抗震延性影響不大。此后，蘇駿[9]通過(guò)對(duì)UHPC加固梁柱節(jié)點(diǎn)一系列抗震試驗(yàn)研究，進(jìn)一步明確了上述結(jié)論，并指出UHPC自身具有較強(qiáng)的抗剪能力是導(dǎo)致增加配箍率對(duì)結(jié)構(gòu)抗剪能力提高效果不明顯的重要原因。為此，可從經(jīng)濟(jì)角度考慮配箍率來(lái)滿足構(gòu)件抗震需求。

三、結(jié)論

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外UHPC結(jié)構(gòu)抗震性能試驗(yàn)和數(shù)值模擬研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，得到了以下主要結(jié)論：

(1)在低軸壓比時(shí)，UHPC構(gòu)件的延性隨軸壓比的增大而增大，但當(dāng)軸壓比達(dá)到0.3以后，UHPC構(gòu)件位移延性系數(shù)保持平緩，在設(shè)計(jì)中宜將軸壓比控制在合理的范圍，以確保結(jié)構(gòu)具有較好的延性儲(chǔ)備。

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