13钢筋混凝土柱三重连接加固技术的试验研究.pdf

第 “卷 第期建筑结构 “ “年月 钢筋混凝土柱三重连接加固技术的试验研究 王钦华陈义侃 （福建省建筑设计研究院福州 1 / 8 7 / 8 3 8 8 7 5 4 . / 8 - 1 , 8 , 8 - * 4 / 4 6 - 5 . 8 8 / - 1 * - . 8 - . , - 6 3 1 8，/ , 8 - 8 , 4 , 4 * , . , 4 5 5 6 / 4 , / - 1 - * , . / 0 - 1 1 , / - 1, 1 / 2 3 ，, 8 , . 1 9 , 4 1 77 3 , / 6 / , A- * - 6 3 1 8 4 B C 1 / 5 . - B 77 . 4 4 , / 6 A / 1左右， 使变形充分发展。R S O P P 0 “， R S 0 O P P 0 “按分级增量加载直至破坏， 其余各柱均为重 复循环加载。 重复加载加载制度 ）“ U；“）“ U U“ U ；）“ U U H U U “ U；）“ U U H U F U U “ U；）“ U UH UF U U。 三、 试验结果及分析 J混凝土裸柱的受力特性 在混凝土应力接近其极限抗压强度之前， 荷载0混 图试件配筋及加固图 图“试件测点布置图图试验加载装置图 凝土应变、 荷载钢筋应变及荷载柱压缩变形曲线基 本上是线性关系， 荷载增大使混凝土应力达到其极限 抗压强度时， 上述曲线呈现非线性特征， 同时试件表面 出现裂缝， 其中柱 ’ * 上部混凝土压碎破坏， 柱 ’ “及 ’ * “基本上在中部位置混凝 土压碎破坏， 柱 ’ 在下部产生一条主斜裂缝 延伸至中部而破坏。*根柱的破坏形态见图*。 “ ,加固柱的受力特性 加固柱的破坏过程基本相似， 临近破坏时， 钢板屈 曲外凸， 发出较大响声， 变形迅速增大， 最后因变形过 大、 荷载不断下降而终止试验 （图-） 。破坏形态均为 钢板竖向压屈破坏， 在试件高度方向形成两个或三个 波形， 试件压屈后， 在凸出部位， 近似为一个圆柱形。 柱 ’ * 在中上部及上部屈曲外凸， 形成两个波 形； 柱 ’ * *在 中 部 及 中 上 部 屈 曲 外 凸； 柱 ’ 在中部及中上部屈曲后变形迅速增加， 出 现角部钢板焊缝撕裂而破坏； 柱 ’ *在中上部 屈曲后同样因变形过大而出现钢板焊缝撕裂。加固后 的试件在整个破坏过程中表现出较好的延性， 这与未 加固混凝土柱的破坏情形不同。试验过后， 用气割将 钢板割开， 可以看到钢板屈曲部位的混凝土已严重压 碎， 结构胶脱落， 而其他部位无明显损伤， 结构胶和混 凝土表面粘结良好。这样可以推断核心混凝土压坏可 能是引起钢板箍向外局部屈曲的主要原因， 因此应重 视核心混凝土的质量。当然也有可能是钢板先屈曲， 继而混凝土压碎， 短柱产生较大变形。 ,荷载应变 （变形） 关系 （） 裸柱试验结果 裸柱单调加载与重复加载 （取最后一次加载试验 结果） 的荷载应变 （变形） 关系表明 不论是 还是 * 的混凝土柱， 重复加载后柱的承载力略高于单调 加载柱的相应值。与单调加载相比重复加载后混凝土 内部的应变相差很小， 短柱的变形也相差不大， 只有混 凝土中钢筋的应变在重复加载后有所增加， 钢筋应变 有一定的滞后和残余变形。总之， 加载方式对裸柱没 有明显的影响。 在相同加载方式下 （单调加载和重复加载） ， 不同 混凝土强度等级的裸柱的荷载应变 （变形） 关系表明 单调加载时 * 柱的极限荷载比 柱的极限荷载高 约“ ./， 重复加载时 * 柱的极限荷载比 柱的极 限荷载高约“ /， 这符合常理。在相同的加载方式 下， 不同混凝土强度等级的柱内部钢筋应变相差很小， 而混凝土应变和短柱压缩变形稍有区别。 （“） 加固柱试验结果 （均取最后一次加载试验的结 果进行比较） 图*裸柱破坏形态 图-加固柱破坏形态 *标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 由于混凝土强度存在一定的离散性， 加之试件数 量有限， 因而难以评判螺栓连接程度对加固柱极限承 载力的影响。从概念上讲， 在柱每侧面上采用双排螺 栓并交叉布置比采用单排螺栓布置要有利一些， 特别 是柱的尺寸较大时可考虑采用多排螺栓连接， 加固柱 的荷载压缩变形关系曲线证明了这一点。试验结果 表明， 直至钢板屈曲、 混凝土压碎， 没有发生螺栓拔出 破坏的情况。 在相同的螺栓连接情形下， 不同混凝土强度等级 的加固柱的荷载应变 （变形） 关系表明 双排螺栓连接 时“ 柱的极限荷载比“ 柱的极限荷载高约 ， 单排螺栓连接时“ 柱的极限荷载比“ 柱的极限荷 载高约’ ， 很显然， 混凝土强度越高， 其承载力也越 高。另一方面， 在单排螺栓连接情况下， 尽管混凝土强 度有别， 内部混凝土应变、 钢筋应变在弹性阶段基本一 致； 而双排螺栓连接时， 混凝土强度不同， 整个受荷阶 段混凝土应变和钢筋应变均是强度高者偏大一些。从 荷载变形关系来看， 两种混凝土强度等级的加固柱的 变形相差不大， 强度高者延性略微小一些。 图加固柱与非加固柱荷载应变 （变形） 曲线对比 （） 裸柱与加固柱的试验结果 取重复加载的情况， 对相同混凝土强度等级的裸 柱与加固柱进行比较， 加固后承载力提高约 ； 在 弹性阶段， 核心混凝土应变尚未达到屈服应变， 而加固 柱中钢筋应变接近钢筋的屈服应变； 裸柱中混凝土应 变为’ ’ “， 而加固柱中核心混凝土应变为 ’ ’ “， 表明混凝土受到约束。就相同强度 等级的短柱的压缩变形而言， 达到极限荷载之前加固 柱变形延性略微有所增加， 这主要是加固后钢板和混 凝土共同作用的结果； 而随着混凝土强度的提高， 短柱 的延性是下降的。 （） 破坏荷载 各柱的破坏荷载见表*。“ 混凝土柱未加固时 破坏荷载平均值为’ , -， 加固后破坏荷载平均值为 *’ , -， 提高系数为’ . /。“ 混凝土柱未加固时破 坏荷载平均值为’ , -， 加固后破坏荷载平均值为 * ’ , -， 提高系数为’ . 0。 从荷载应变 （变形） 关系来看， 采用三重连接加固 后， 柱的极限承载力明显提高。在达到破坏前， 核心混 凝土的应变、 混凝土中钢筋应变等均有一定的提高； 在 弹性阶段， 核心混凝土应变和钢筋应变基本一致， 钢筋 应变和外包钢板的竖向应变基本一致， 表明加固后混 凝土和钢板能够共同作用， 外包钢板约束了混凝土的 变形， 提高了混凝土的承载能力。此外重复加载均产 生了一定的残余变形。达到极限荷载后， 如果能够控 制得好， 短柱的荷载应变曲线还有一个较长的下降 段， 表明加固柱具有良好的延性， 这对抗震有利。 短柱破坏荷载表 编号 1 2 3 4 “ 4 *1 2 3 4 “ 4 1 2 3 4 “ 4 ’1 2 3 4 “ 4 破坏荷载 （, -） ’* 0 ’ * * ’ 编号 1 2 3 4 “ 4 ’1 2 3 4 “ 4 *1 2 3 4 “ 4 1 2 3 4 “ 4 破坏荷载 （, -） ’0 ’ * * * 四、 结语 （’） 采用三重连接外包钢板箍加固后的钢筋混凝 土短柱， 由于钢板箍对混凝土的约束作用， 其极限承载 力及延性有显著的提高， 可大大改善高轴压比柱的抗 震性能。但应指出， 随着方柱截面的加大， 因尺寸效应 的影响， 钢板箍约束会逐渐减弱。 （*） 三重连接技术能有效地保证外包钢板箍与旧 混凝土的共同作用， 使新旧结构能够同步受力， 消除应 变滞后。 此次试验研究主要是针对特定工程的框支柱加固 进行的。因种种原因， 未能应用于工程， 这里仅将试验 研究结果作一介绍， 供同类工程改造加固时参考。 致谢 试验过程中， 得到武汉大筑建筑科技有限公 司的大力协助， 谨致谢意 参考文献 ’ .周起敬， 姜维山， 潘泰华5钢与混凝土组合结构设计施工手册5中 国建筑工业出版社， ’ / / ’5 * .白国良， 姜维山， 李东等5外包钢板箍混凝土柱轴心受压试验研 究5西安冶金建筑学院， ’ / / 5 .福州大学土木建筑工程试验检测中心试验报告5短柱轴心抗压对 比试验 （内部资料）5 * 5 *