维普资讯 http://www.cqvip.com 四川建筑科学研究 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ 第３４卷第３期 ２００８年６月 箍筋形式对高强混凝土框架柱滞回特性的研究 李瑞锋，姚会欣 （河南职业技术学院，河南郑州４５１３０４６） 摘要：主要研究了高强混凝土框架长柱在低周反复荷载作用下的滞回特性，分析了箍筋形式对延性的影响。共进行了６根 试件的试验。试验结果表明，高强混凝土的延性比普通混凝土的延性低，３种箍筋形式相比，矩形加圆形复合箍和矩形加菱形 复合箍试件的延性和耗能较好，井字形复合箍试件的延性和耗能较差。提高配箍特征值可改善试件的延性，增加试件的耗能 能力，延缓试件的破坏。 关键词：高强混凝土；框架柱；箍筋形式；滞回特性 中图分类号： ＩＴＵ３１７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—１９３３（２００８）０３—０２４—０３ Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｈｏｏｐ ｆｏｒ ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｒａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ ｔｈｅ ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ＬＩ Ｒｕｉｆｅｎｇ，ＹＡ０ Ｈｕｉｘｉｎ （Ｈｅｎａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５１３０４６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｓ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｉｇｈ・ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｒａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ ｕｎｄｅｒ ｃｙｃｈｃ ｌｏａｄｉｎｇ ａｃｔｉｏｎ，ｔｏ ｄｉｓｃｕｓｓ ｉｔｓ ｄｕｃｆｉｈｔｙ，ｔｏ ａｎａｌｙｓｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｈｏｏｐ，６ ｒｏｏｔｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｔｅｓｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｄｕｃｔｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ・ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｒｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ；ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｒｅｅ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｈｏｏｐ，ｔｈｅ ｄｕｃｆｉｈｔｉｅｓ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｐｉｅｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｃｔａｎｇｌｅ ａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｈｏｏｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｃｔａｎｇｌｅ ａｎｄ ｒｈｏｍｂ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｈｏｏｐ ａｒｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｗｉｔｈ ｗｅｌｌ・ｔｙｐｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｈｏｏｐ；ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｈｏｏｐ Ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｕｃｔｉｌｉｙ ｏｆ ｓｐｅｃｉｔｍｅｎｓ，ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｙ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｌａｙ ｔｈｅ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ—ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｆｒａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ；ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｈｏｏｐ；ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ 柱子的尺寸及纵筋配筋率均相同，截面尺寸ｂ×ｈ＝ Ｕ 刖 昌 随着高强混凝土在工程中的广泛应用，对高强 混凝土性能影响因素的研究显得尤为重要。通过对 ６根高强混凝土试件在轴压比相同、配箍形式不同 １５０ ｍｍ ｘ １５０ ｍｍ，纵向配筋Ａ ＝３１４．１６ ｍｍ ，具体 尺寸如图１所示。柱为对称配筋，每侧纵筋配筋率 为１．４％。混凝土设计强度等级取为Ｃ６０。试验的 主要变化参数为轴压比（Ｎ／ｆ￣ｂｈ）（其中 ＝０．７ 情况下的试验研究，绘出了３种不同配箍形式对滞 回环的影响曲线，分析了不同配箍形式试件延性和 耗能的影响等。 Ｎ／ｍｍ ）和配箍特征值Ａ ，各试件实际的材料强度 及轴压比见表１。试件的混凝土保护层厚度为２０ ａｉｎｏ ｒ１ 试验装置及试件 １．１ 试件设计 １．２试件制作 试件设计强度为６０ Ｎ／ｍｍ ，试件制作所用混凝 土配合比 为水泥：水：砂：碎石：减水剂＝１：０．３： ０．５：２．４：０．００５。 本次共进行了６根长柱的低周反复加载试验。 水泥采用郑州市上街水泥厂５２５ 矿渣水泥，粗 收稿日期：２００７—１２—２Ｏ 作者简介：李瑞锋（１９６３一），男，河南巩义人，副教授，主要从事结构 工程研究。 Ｅ一—ｍ．．ａ．—ｉ—ｌ：ｌｒｆｙｄｄｚ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｌｌ 骨料为新密石灰岩碎石，砂为信阳特细砂。材料均 为工地用材料。 试件制作时采用钢模板，卧式浇筑。用强制式 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８ Ｎｏ．３ 李瑞锋，等：箍筋形式对高强混凝土框架柱滞回特性的研究 搅拌机搅拌，５０ ｒｎＩｎ振捣棒振捣。人工养护一周，然 后自然养护。 试件纵筋用Ⅱ级钢筋，箍筋用冷拔低碳钢丝，钢 筋实测强度见表２。 簿一蒋 蛳 一 一 ＿ ｌ蓖地词 。ｌ 碰蜮 图１试件尺寸与配筋 Ｆｉｇ．１ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｎｄ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ 表１试件材料强度及轴压比 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｓａｍｐｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ 嚣 ／ｍｍ ／（Ｎ／ａｒｍ２、／ 、／（氅Ｎ／ｎｕｎ２ Ｎ）【Ｎ／ ／ｍｍ２）轴 比 １．３试验加载装置 试验加载装置如图２所示。 １．４加载步骤 加载步骤见表３。 图２试验加载装置示意 Ｆｉｇ．２ Ｓｅｔ ｕｐ ｏｆｔｅｓｔ 表３加载步骤 Ｔａｂｌｅ ３ Ｔｅｓｔ ｓｔｅｐｓ ／ｋＮ ２ 测试内容 ２．１ 破坏区段钢筋应变的量测 每个试件有４根纵筋贴电阻应变片，有６组箍 筋贴电阻应变片，具体位置如图３所示。 ．Ｉ 二Ｉ二ｋＩ 苴｝二ｋ： ｌ 一 ＼＼ ＼＼＼＼＼ Ｌ一 图３试件应变片布置示意 Ｆｉｇ・３ Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒａｉｎ ｇａｕｇｅｓ ２．２水平位移量测 位移传感器如图４所示，位移计１与 ｙ函 数记录仪相接，中间接点的２５０ ｋＮ水平作动器的力 和位移计２与传感器 ｙ函数记录仪相连，位移 计３和位移计４与７Ｖ０８相接，可画出试件高度中点 水平荷载一位移关系的滞回曲线，如图５，６所示 （其中用ＨＰ３５６２Ａ转换由作动器传来的荷载及位移 信号）。 维普资讯 http://www.cqvip.com
２６ 四川建筑科学研究 第３４卷 ０ｔ＿一 位移计２ 昌Ｌ 量［ 位移计３ 图４试件测点示意（位移传感） Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ３ 箍筋形式对滞回环的影响分析 ３．１ 箍筋形式对滞回环的影响 箍筋形式对滞回环的影响如图５，６所示。 ‘ ‘， ——ＨＣ１ ａ型１．５． 一一一一一～—０ 一Ｈ２ｉ０ Ｈ５Ｃ２３ ｂ，ｃ型型１ 一．一０ ．５０／．０５，— 。 。 ’．，４ ０ ５一 月＝０．２ ｌ ０ １ ５ 图５箍筋形式对滞回环的影晌 Ｆｉｇ．５ Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｌｏｏｐｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｈａｐｅｓ ｏｆｈｏｏｐ ＾－●＾－－ ——ＨＣ３ ａ型１０一 ……ＨＣＡ ｂ型 一一一ＨＣ５ ｃ型０．５— ２。．０ １，．５ ０ ０５ 。 ．．， ，： ／ 一 ・、／ ／５ ～０ ５ 月 ０．４ 、 ．１ ０ 图６箍筋形式对滞回环的影晌 Ｆｉｇ．６ Ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｌｏｏｐｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｈｏｏｐ ３．２箍筋形式对滞回环的影响分析 图５，６表示了配箍形式对单个滞回环的影响。 通过对比发现，在配箍特征值基本相同的情况下，ａ 型和ｂ型复合箍的滞回环所包围的面积基本相等，ｃ 型复合箍的滞回环所包围的面积相对较小。相对位 移是ｂ型最大，ａ型次之，ｃ型最小，表明采用ａ型、ｂ 型两种复合箍筋形式的试件比采用ｃ型复合箍筋形 式的试件耗能好；延性是ｂ型最好，ａ型次之，ｃ型最 差。随着配箍特征值的提高，试件的延性越好，试件 的耗能能力相应增加，试件的破坏能力相对提高。 ４ 结语 综合分析本试验６根高强混凝土框架柱的试验 结果，可以看出： （１）配箍特征值（或配箍率）接近的高强混凝土 试件，不同的配箍形式对滞回环的影响不同，矩形加 圆形复合箍和矩形加菱形复合箍的试件延性和耗能 较好，井字型复合箍的试件延性和耗能较差。 （２）在相同配箍特征下，各种形式的箍筋对改 善延性的作用不同，最好的一种是矩形加螺旋复合 箍，其次是矩形加菱形复合箍。箍筋弯钩及锚固极 为重要，弯钩要有足够的长度，最好采用焊接箍。提 高配箍特征值可改善试件的延性，增加试件的耗能 能力，延缓试件的破坏。 （３）影响长柱延性的主要因素是轴压比和配箍 特征值，箍筋因素对构件延性和耗能的影响没有轴 压比显著 ；在相同的配箍特征值和轴压比下，高 强混凝土柱的延性低于普通强度混凝土。 （４）根据本次试验分析结合文献［３—５］的研究 成果，对高强混凝土在工程设计与施工中，改善高强 混凝土构件的延性，提高抗震性能提出如下建议。 ①对于高层及超高层建筑物的柱，材料应优先 采用高强混凝土，以便节约材料，减轻构件自重。试 件箍筋应采用复合箍，外箍采用高强度钢筋，且宜采 用焊接箍，内箍应优先采用螺旋箍或菱形箍，提高抗 震性能 引。 ②高强混凝土压弯构件的配箍特征值，应大于 普通混凝土压弯构件的配箍特征值，且箍筋间距不 宜大于１００ ｍｍ。 ③加强钢筋混凝土柱的箍筋约束有利于提高其 构件的延性，矩形加螺旋复合箍筋尤为明显－４ｊ。 ④对于高强混凝土试件，应执行比普通混凝土 试件更为严格的轴压比控制要求＿５ Ｊ。 参考文献： ［１］ＧＢ５０１５２—９２混凝土结构试验方法标准［ｓ］．北京：中国建筑 工业出版社，１９９２． ［２］陈肇元，朱金铨，吴佩刚．高强混凝土及其应用［Ｍ］．北京：清 华大学出版社，１９９２． ［３］李立仁，支运芳，陈永庆，张学民．高强约束混凝土框架柱抗震 性能的研究［Ｊ］．重庆建筑大学学报，２００２，（５）：３８－４６． ［４］ 陈字彤，樊江．加强箍筋约束对提高钢筋混凝土柱延性的探 讨［Ｊ］．四川建筑，２００５，（５）：６７－６８． ［５］ 陈道政，韩立业，李爱群．高层建筑结构柱轴压比限值控制研 讨［Ｊ］．建筑科学，２００１，（４）：３５－３７．
