钢筋混凝土异形柱轴心受压性能的试验研究
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摘要
在异形柱的研究中,已经开展了异形柱构件和框架结构的正截面、斜截面、轴压比、延性、框架节点和抗震性能的研究,取得了大量的研究成果。为确定异形柱的配箍特征值对约束混凝土强度和变形的影响,本研究根据异形柱配箍特征值的使用范围设计了30个试件,通过轴心受压试验,分别得到钢筋混凝土十字形柱、T形柱和L形柱的试验结果,研究表明:
1钢筋混凝土异形柱的破坏特征可归为两大类即纵向压碎破坏和压剪破坏,随着配箍特征值的增大,破坏面和水平面的夹角逐渐减小,试件由压剪破坏转为纵向压碎破坏,构件破坏时大部分纵向钢筋屈服,箍筋未有拉断。
2对构件的配箍特征值研究表明,构件配箍特征值越大,其极限承载力和变形越大,箍筋对混凝土的约束作用越强,对四组30根试件试验结果进行研究,分别得到异形柱的配箍特征值和应变延性系数的变化关系,通过计算,构件的配箍特征值在0.5～2.5之间时,其构件的应变延性系数变化分别为:L形柱在1.0～1.8之间,十字形在1.1～1.9之间,T形在1.0～1.5之间。
3根据数据分析,建立了L形、十字形、T形和方形柱约束混凝土峰值强度相对增大值和峰值应变相对增大值与配箍特征值的关系表达式,随着混凝土配箍特征值的增大,L形和T形柱约束混凝土强度相对增大值增加较小,且基本相近,十字形柱约束混凝土强度相对增大值增加较大,方形柱约束混凝土强度相对增大值增加最大。
4对异形柱破坏的下降段变形特征进行分析,建立了异形柱约束混凝土应力水平为0.85 f cc和0.5 f cc时,应变特征值ε0.85及ε0.5与配箍特征值的关系式。给出了异形柱约束混凝土应变延性系数的表达式,其公式的计算值和试验值吻合较好,试验和计算结果表明,L形、T形柱约束混凝土应变系数相近,十字形柱约束混凝土的应变系数较大。
5根据异形柱约束混凝土的的应力-应变全曲线的变化规律,建立上升段曲线的灰色-优化模型。通过数据变换,将应力-应变曲线下降段转变为上升段曲线,建立相应的数学表达式。
6对应力-应变测试数据进行研究,分别建立十字形、T形和L形柱约束混凝土应力-应变全曲线方程,对模型全曲线方程进行分析表明,该模型能够反应约束混凝土应力-应变曲线的变化规律,与矩形柱的约束混凝土应力-应变全曲线方程相比,总趋势是,矩形柱约束混凝土的延性较好,十字形柱次之,T形和L形柱模型的下降段变形相对较陡。
7分析异形柱的受力过程,分别建立十字形、T形和L形柱在轴心受压下承载力的计算公式和简化公式,公式计算值低于试验值,计算结果偏于安全。
Research has been conducted on members and frames with special-shaped columns with lots of achievements being made concerning flexural strength, shear strength, axial-compression ratio, ductility, joints and anti-seismic behavior. In order to determine the effect of stirrup character values on the confined concrete of special-shaped columns, 30 specimens, including十, T and L-shaped sections, were produced to do axial compression experiment.
1. It is shown that the failure of those columns can be divided into two categories: axial compression failure and compression-shear failure. With the increase of stirrup ratio, the angle between failure section and horizontal section will gradually decrease, and the failure mode will turn into axial compression failure from compression-shear mode. Most of the bars will yield with no stirrups being destroyed.
2. The ultimate strength and deformation will increase with better confinement of the concrete. the equations are established between stirrup character values and strain ductility coefficients of L,十and T-shaped columns . When the stirrup character values are between 0.5 and 2.5, The strain ductility coefficients of L,十and T-shaped columns are respectively 1.0~1.8,1.1~1.9 and 1.0~1.5.
3. Based on the experimental data, the equation is established between increased value of peak strength or peak strain and stirrup ratio of L,十,T-shaped & rectangular columns. The increase for L and T-shaped columns is relatively small. For十-shaped columns, it is a moderate increase; While for rectangular ones, the increase is most remarkable.
4. A formula between typical strainε0.85,ε0.5 and the stirrup character values under the condition of 0.85 f cc and 0.5 f cc is also set up. The formula for ductility coefficient of confined special-shaped columns is acquired with general agreement between calculated results and experimental data. The coefficients of十-shaped columns are higher than those of L and T shaped ones.
5. To describe the stress-strain curve of confined concrete, a gray-optimum method is introduced for the upward section of the curves. The downward section is transferred into upward one through mathematical transition.
6. A unified formula is applied to develop the stress-strain curves of various special-shaped columns so that it can really reflect the property of confined concrete. The general trend shows the best ductility of rectangular sections followed by十-shaped one and L&T sections.
7. The bearing capacity formulas are established for L,T and十-shaped columns under axial loads. It is rather safe when the calculated values are relatively lower than the experimental ones.
1钢筋混凝土异形柱的破坏特征可归为两大类即纵向压碎破坏和压剪破坏,随着配箍特征值的增大,破坏面和水平面的夹角逐渐减小,试件由压剪破坏转为纵向压碎破坏,构件破坏时大部分纵向钢筋屈服,箍筋未有拉断。
2对构件的配箍特征值研究表明,构件配箍特征值越大,其极限承载力和变形越大,箍筋对混凝土的约束作用越强,对四组30根试件试验结果进行研究,分别得到异形柱的配箍特征值和应变延性系数的变化关系,通过计算,构件的配箍特征值在0.5～2.5之间时,其构件的应变延性系数变化分别为:L形柱在1.0～1.8之间,十字形在1.1～1.9之间,T形在1.0～1.5之间。
3根据数据分析,建立了L形、十字形、T形和方形柱约束混凝土峰值强度相对增大值和峰值应变相对增大值与配箍特征值的关系表达式,随着混凝土配箍特征值的增大,L形和T形柱约束混凝土强度相对增大值增加较小,且基本相近,十字形柱约束混凝土强度相对增大值增加较大,方形柱约束混凝土强度相对增大值增加最大。
4对异形柱破坏的下降段变形特征进行分析,建立了异形柱约束混凝土应力水平为0.85 f cc和0.5 f cc时,应变特征值ε0.85及ε0.5与配箍特征值的关系式。给出了异形柱约束混凝土应变延性系数的表达式,其公式的计算值和试验值吻合较好,试验和计算结果表明,L形、T形柱约束混凝土应变系数相近,十字形柱约束混凝土的应变系数较大。
5根据异形柱约束混凝土的的应力-应变全曲线的变化规律,建立上升段曲线的灰色-优化模型。通过数据变换,将应力-应变曲线下降段转变为上升段曲线,建立相应的数学表达式。
6对应力-应变测试数据进行研究,分别建立十字形、T形和L形柱约束混凝土应力-应变全曲线方程,对模型全曲线方程进行分析表明,该模型能够反应约束混凝土应力-应变曲线的变化规律,与矩形柱的约束混凝土应力-应变全曲线方程相比,总趋势是,矩形柱约束混凝土的延性较好,十字形柱次之,T形和L形柱模型的下降段变形相对较陡。
7分析异形柱的受力过程,分别建立十字形、T形和L形柱在轴心受压下承载力的计算公式和简化公式,公式计算值低于试验值,计算结果偏于安全。
Research has been conducted on members and frames with special-shaped columns with lots of achievements being made concerning flexural strength, shear strength, axial-compression ratio, ductility, joints and anti-seismic behavior. In order to determine the effect of stirrup character values on the confined concrete of special-shaped columns, 30 specimens, including十, T and L-shaped sections, were produced to do axial compression experiment.
1. It is shown that the failure of those columns can be divided into two categories: axial compression failure and compression-shear failure. With the increase of stirrup ratio, the angle between failure section and horizontal section will gradually decrease, and the failure mode will turn into axial compression failure from compression-shear mode. Most of the bars will yield with no stirrups being destroyed.
2. The ultimate strength and deformation will increase with better confinement of the concrete. the equations are established between stirrup character values and strain ductility coefficients of L,十and T-shaped columns . When the stirrup character values are between 0.5 and 2.5, The strain ductility coefficients of L,十and T-shaped columns are respectively 1.0~1.8,1.1~1.9 and 1.0~1.5.
3. Based on the experimental data, the equation is established between increased value of peak strength or peak strain and stirrup ratio of L,十,T-shaped & rectangular columns. The increase for L and T-shaped columns is relatively small. For十-shaped columns, it is a moderate increase; While for rectangular ones, the increase is most remarkable.
4. A formula between typical strainε0.85,ε0.5 and the stirrup character values under the condition of 0.85 f cc and 0.5 f cc is also set up. The formula for ductility coefficient of confined special-shaped columns is acquired with general agreement between calculated results and experimental data. The coefficients of十-shaped columns are higher than those of L and T shaped ones.
5. To describe the stress-strain curve of confined concrete, a gray-optimum method is introduced for the upward section of the curves. The downward section is transferred into upward one through mathematical transition.
6. A unified formula is applied to develop the stress-strain curves of various special-shaped columns so that it can really reflect the property of confined concrete. The general trend shows the best ductility of rectangular sections followed by十-shaped one and L&T sections.
7. The bearing capacity formulas are established for L,T and十-shaped columns under axial loads. It is rather safe when the calculated values are relatively lower than the experimental ones.
引文
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