纵筋局部无粘结RC梁受力性能研究

姜新雨 杨昌昆

(1.中国核电工程有限公司，北京 100840； 2.北京凯辰置业有限公司，北京 100045)

0 引言

我国属于地震多发国家，特别是近年来，大地震频繁发生。在2008年四川·汶川特大地震中大量建筑物的破坏倒塌，造成了巨大的人员伤亡和经济损失[1]。在我国和世界各国的结构工程中，由于钢筋混凝土结构在各方面的优越性，使其在建筑工程中得到了广泛的应用。但在对高层钢筋混凝土结构的研究中只考虑了现浇楼板参与框架结构的受力并没有明确说明楼板内靠近梁的钢筋也会参与框架受力。通过对无数震害现象研究不难发现，框架结构中现浇楼板内靠近梁的钢筋同样会参与梁的受力，这样无形中会对梁上部造成加强作用，所以梁下部混凝相对比较薄弱使得梁下部的混凝土先于梁上部破坏，这样梁下部的钢筋失去了混凝土的保护作用裸露在外容易发生压屈破坏，承载力迅速下降，进而导致塑性铰发展不充分，梁铰屈服机制的耗能能力大打折扣[2-4]。

基于损伤控制思想的框架梁变形、耗能能力改善提高方面的研究尚未见相关报道，因此亟需开展相关的深入研究。为了探寻梁端局部无粘结钢筋混凝土梁抗震性能，本文制作了三个试件，即一个普通的钢筋混凝土梁与两个采用无粘结措施的钢筋混凝土梁，进行低周往复实验。通过低周反复加载试验，研究在反复荷载作用下梁端局部无粘结钢筋混凝土梁与普通钢筋混凝土梁的破坏特性，滞回曲线、延性等抗震性能的变化，研究论证梁端部施加无粘结措施以后对梁抗震性能的影响。

1 试验概况

1.1 试件设计

围绕试验目的，设计了两根施加无粘结措施的钢筋混凝土梁及1根用来对比的普通钢筋混凝土梁。试件编号及参数如表1所示。无粘结钢筋位置与梁配筋如图1所示。钢筋混凝土梁截面尺寸为200 mm×400 mm,混凝土强度等级为C30，纵筋采用8根直径16 mm的HRB400级钢筋,箍筋采用间距50 mm的HPB300级钢筋；保护层厚度为30 mm。混凝土及钢筋材料力学性能见表2，表3。

表1 试件设计参数

表2 混凝土材料力学性能

混凝土强度等级立方体抗压强度N/mm2轴心抗压强度N/mm2弹性模量×104N/mm2C3033．531．53．08

表3 钢筋材料力学性能

试件制作中为了使试验更加精确，试验中对在无粘结构造的选取上参考无粘结预应力的施工工艺，并把钢管进行等距交错切割，在浇筑混凝土前钢管上下孔填充了聚乙烯塑料泡沫钢管外壁包裹塑料胶带防止混凝土浇筑时混凝土进入套管内。

1.2 加载制度及测试内容

试件水平往复荷载由固定在反力墙上的50 t的水平千斤顶施加。试验采用位移加载方式。首先通过千斤顶进行位移控制加载。30 mm前按2 mm为级差循环加载一次，找到屈服点及梁上部纵筋屈服位移Δy。以构件屈服位移作为一个步长Δy，按每次0.2Δy极差进行循环两次加载，一直加载到荷载下降到峰值荷载的85%。在梁底1倍截面高度范围内安装百分表测量塑性铰区域的变形；在梁根部粘贴钢筋应变片测量根部纵筋受力情况。

2 试件的破坏过程

反复加载过程中规定水平千斤顶施加推力时位移和荷载为正，施加拉力时位移和荷载为负。

1)试件YL。

试件YL在千斤顶推时，加载位移到达1 mm时东侧梁底部出现一条水平裂缝，当加载到8 mm时首次出现斜向45°裂缝。当试件加载到12 mm时出现多条贯通的水平裂缝。 加载到60 mm时，受压区混凝土大面积被压碎、剥落、纵筋外落，试件承载力丧失。对比试件普通混凝土梁没有施加无粘结措施在不断的往复加载的实验过程中可以发现梁底纵筋在混凝土保护层剥落以后出现有钢筋压屈的破坏现象。

2)施加无粘结措施构件破坏类型大体相似以WL-1试件为例。

千斤顶加载到6 mm时梁根部与柱交界处出现细微裂缝。千斤顶加载到24 mm时出现的第一条斜向裂缝。梁底部与柱交接处出现一贯穿裂缝。

千斤顶加载到构架加载到30 mm时,第一条横向裂缝贯通，梁底部的裂缝不断变大。加载到50 mm期间没有新的裂缝出现，第一条贯通裂缝不断扩大，伴随着裂缝处混凝土有些许的掉落。梁底部的裂缝也不断的扩大角部混凝土有压碎的迹象。当加载到62 mm时,第一条贯通裂缝已经发展到非常大并且可以看到内部的纵筋，裂缝上方的竖向裂缝不断加深有混凝土掉落的迹象。当千斤顶加载到70 mm时，第一条贯通裂缝上方大量混凝土剥落，构件承载力丧失。在实验过程中构件梁底部没有出现钢筋屈曲现象并且表现出非常好的延性。

3 试验结果及分析

3.1 滞回曲线对比分析

3根试件的荷载—位移滞回曲线如图2所示。从图2中可以看出：

在加载的初期四个构件表现出的性能相同，在试件出现裂缝前荷载位移曲线几乎成线性，而且卸载曲线和加载曲线吻合良好，构件的残余变形较小。

加载后期普通钢筋混凝土梁平台段较短强化段也较短，滞回曲线包裹的面积最小，施加无粘结措施以后的梁平台段变长，滞回曲线包裹面积变大，正负向的对称性较好，表现出优越的性能。说明采用梁端局部施加无粘结措施的钢筋混凝土梁吸收地震能量的能力强。

3.2 骨架曲线对比分析

对滞回曲线取包络线得到各试件的骨架曲线如图3所示。骨架曲线可以明确地反映试件的承载力和延性性能。根据特征点的荷载和位移值求得延性系数μ=Δu/Δy，其中，Δu，Δy分别为试件的极限位移和屈服位移。

各试件试验结果见表3。由表3和图3分析可知三个构件的屈服位移、屈服荷载和峰值荷载基本相同，说明无粘结措施并没有参与梁的受力，只是改变无粘结钢筋的受力性能。但是峰值点对应的位移不同，依次是WL1； WL2；YL。说明无粘结段钢筋越长则构件发挥出来的延性更好性能更加优越。

表3 各试件特征点及延性

试件编号加载方向屈服点峰值点极限位移点Py/kNΔy/mmPm/kNΔm/mmPu/kNΔu/mmYLWL⁃1WL⁃2正向83．6810．8894．6237．7980．2556．61负向83．3610．13100．0938．0886．0860．51正向82．4311．8793．0656．638986．84负向79．8512．1392．1469．8185．9786．74正向86．599．9599．4745．9784．5576．21负向84．3410．8895．6251．3181．2778．24

4 结语

1)对三根试件的滞回曲线进行了对比分析；梁端部施加了无粘结措施的钢筋混凝土梁滞回曲线更加的饱满，同一位移循环下的滞回环面积更大，表现出很好的恢复能力。

2)对三根试件的骨架曲线和屈服点、极限点、破坏点荷载值进行了对比分析。端部无粘结措施对构件峰值荷载以前的受力性能影响不大，三个构件的峰值荷载与屈服荷载接近。说明无粘结套筒没有参与梁的受力，只是对钢筋起到侧向约束作用，使其可以更好的发挥出钢筋的性能，防止提前屈曲破坏。

3)对三根试件的延性进行分析；采用端部无粘结措施的梁表现出非常好的延性。无粘结段较长的试件延性优于无粘结段较短的试件。说明无粘结段钢筋越长则钢筋的总变形量越大，构件的延性更好。

[1] 路湛沁,陈家夔,崔 锦,等.钢筋混凝土框架柱在低周反复荷载作用下的抗弯强度及延性[J].西南交通大学学报,1987(1):1-11.

[2] 刘春阳,李振宝,马 华,等.钢筋混凝土框架空间节点抗震性能试验研究[J].工业建筑,2011(6):67-70.

[3] 黄海涛,高向宇,李自强,等.用附加防屈曲支撑钢筋混凝土框架加固既有钢筋混凝土框架抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2013,34(12):52-61.

[4] 武 娜,高向宇,李自强,等.用带防屈曲支撑的内嵌式钢框架加固混凝土框架的试验研究[J].工程力学,2013,30(12):189-198.