超高强混凝土组合柱抗震性能的试验研究

【摘要】： 近年来，随着现代建筑向大跨、高层方向发展，超高强混凝土正得到日益广泛的应用。超高强混凝土的优异性能是具有更高度强度和更好的耐久性，但随着混凝土强度等级的提高，呈现出愈来愈显著的脆性。建筑物承重柱的设计是关系到建筑物在大震下能否倒塌的关键。现行《混凝土结构设计规范》GB 50010—2002中规定混凝土强度等级的适用范围为C15～C80，《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ 138—2001强度范围为C30～C60，目前对超高强混凝土、钢骨超高强混凝土框架柱抗震性能的研究并不多见，特别是缺乏在轴压比超限的情况下，如何保证其延性的研究。实际工程的需要和现行规范、规程指导的脱节形成的矛盾变得日益尖锐，针对上述现状，本文主要进行了以下几个方面的工作： (1)对超高强混凝土、钢纤维及新型高弹模PVA纤维超高强混凝土的配制技术进行了试验研究，并对其主要力学性能指标进行了分析：①C100超高强混凝土的劈拉强度与抗压强度之比约为1／20，弹性模量比规范计算值大30％以上。②当钢纤维体积含纤率为0.5％～1.5％时，钢纤维能够明显提高基体混凝土的抗压强度，提高幅度均在10％以上；显著提高劈拉强度，提高幅度为38.2％～91.9％：拉压比提高幅度为24.1％～73.5％。③当PVA纤维含纤率为0.17％～0.5％时，PVA纤维对基体混凝土的抗压强度提高不明显，提高幅度仅为2.9％～8.2％；可显著提高劈拉强度，提高幅度为22％～46.7％；拉压比提高幅度为15.3％～35.6％。试验结果表明，钢纤维及PVA纤维对超高强混凝土具有显著的增强增韧作用。 (2)通过低周反复荷载试验对超高强混凝土框架柱的抗震性能进行了研究。设计时考虑剪跨比、轴压比、配箍率主要因素对试件延性的影响。分析了柱的破坏形态和滞回曲线特性。根据试验结果，提出了满足一定延性要求的C100超高强混凝土框架柱轴压比限值和最小配箍特征值的建议值，该轴压比限值比现行规范GB 50010—2002规定的C80柱轴压比限值同比减小0.1；最小配箍特征值同比增加0.02～0.05。按试验结果偏下限，提出了超高强混凝土框架柱斜截面受剪承载力计算的建议公式。而现行规范GB50010—2002柱斜截面受剪承载力计算公式偏于安全。 (3)通过低周反复荷载试验对钢骨超高强混凝土框架柱的抗震性能进行了研究。设计时考虑剪跨比、轴压比、配箍率主要因素对试件延性的影响。分析了柱的破坏形态和滞回曲线特性。根据试验结果，提出了满足一定延性要求的C100钢骨超高强混凝土框架柱轴压比限值和最小配箍率的建议值，该轴压比限值比现行规程JGJ 138—2001规定的C60钢骨柱的轴压比限值同比减小0.15：在采用HRB400级钢筋的前提下，最小配箍率同比增加0.4％。提出了钢骨超高强混凝土框架柱斜截面受剪承载力计算的建议公式。而现行规程JGJ 138—2001钢骨柱斜截面受剪承载力计算公式偏于不安全。 (4)通过试验对钢纤维及PVA超高强混凝土柱的抗震性能进行了研究。主要研究在较高轴压比情况下(轴压比超限)，钢纤维及高弹模PVA纤维对延性的改善作用。分析了不同含纤率对破坏特征和滞回特性的影响。根据试验，提出了满足一定延性要求的含纤率；并提出了钢纤维、PVA纤维超高强混凝土组合柱斜截面受剪承载力计算的建议公式。 (5)通过试验对钢骨钢纤维及PVA超高强混凝土柱的抗震性能进行了研究。主要研究在较高轴压比情况下(轴压比超限)，钢纤维及高弹模PVA纤维对钢骨超高强混凝土框架柱延性的改善作用。分析了不同含纤率对破坏特征和滞回特性的影响。试验表明，采用添加钢纤维、PVA纤维来满足轴压比超限时必需延性的方法，从功效比及性价比上，均要远远优于一味增加配箍率的方法。根据试验，提出了满足一定延性要求的含纤率；并提出了钢骨钢纤维及、钢骨PVA纤维超高强混凝土组合柱斜截面受剪承载力计算的建议公式。