CRB550级钢筋约束混凝土柱抗震性能研究

吕洪峰

摘 要：CRB550级钢筋在建筑行业有着重要的应用效果，对于我国现代经济的发展有着重要的意义。本文基于对CRB550级钢筋约束混凝土柱抗震性能的研究，对CRB550级钢筋建造的不同钢材、所采用的钢筋压轴比、纵筋配筋率及直径等不同的钢筋的指标进行对比分析，同时对钢筋在低周反复水平荷载下的使用效果进行有效的模拟静力试验。在全部的试验过程中，一共安排了三种等级的试验强度：HRB335、HPB235和CRB550，针对这三种等级进行混凝土柱的能量消耗能力分析及骨架曲线的对比，进而得出CRB550级钢筋的约束混凝土柱的抗震性能为最优的，可以充分地满足现代建筑行业的使用要求，同时也可以达到有效地节省建筑材料的使用。满足当代节能的要求，为实现国家的更好、更快发展作出更大的贡献。

关键词：CRB550级钢筋；约束混凝土柱；抗震性能

中图分类号：TU375.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）08-0136-02

CRB550级钢筋作为当今建筑行业中使用最为广泛的材料，是在HPB235级钢筋的基础上进行冷加工而得到的新型钢筋，在性能和使用效果上有着较大的优越度。一般而言，CRB550级钢筋同HPR235级钢筋在强度方面提升了极大的百分点，在进行设计和构造方面可以减少施工人员的施工压力，为建造者节省约35%左右的钢筋，为节约能源及环保事业作出了极大的贡献，对于社会主义现代化的发展有着重要的意义。同时，由于CRB550级钢筋一般以分布筋在剪刀墙中进行使用，可以极大地提升该建筑物的抗震性能，为同级钢筋在混熟混凝土柱抗震性能的研究中提供了相当多的依据。

1 混凝土柱抗震性能研究中的性能指标

1.1 混凝土柱抗震性能试验的初步设计

在試验之初，首先要确定合适的试验方案，为抗震性能研究奠定基础。因而必须要选择足够数量的混凝土柱，根据不同的面积进行分组，同时对其进行低周反复水平荷载的检测试验，研究不同强度、截面面积与间距的钢筋指标对于混凝土柱抗震性能的挺像，从而得到CRB550级钢筋约束混凝土柱抗震性能的结果。同时，采用C30强度等级的混凝土，其轴压比大致可以分为三种：0.9、0.8、0.7，钢筋的直径大约是17mm与21mm。为保证实验结果的可靠性，钢筋的配筋率必须要维持在0.9%到3.0%之间。对于有限元参数应当以以下四个方面为主要的依据进行选择：单位选取、加载方式、网络划分、边界条件，这对于最终试验结果的可靠性有着直接的影响。在该试验中使用的单位选取主要是Nonlioear Beam Column单元，通常以所控制截面的矩阵刚度与抗力为主要依据，使用国际上常用的Gauss-Lobatto积分方法，可以轻松地得到所需要的单位截面的相关数据，进而得出所控制刚度变化的数据。另外，这个单位是在柔度法理论的基础上建设的，所使用的函数为力插值函数，其主要原理是基于常用的单元控制方程的平衡条件：不管单元分布荷载进行何种变化，假定一个内力分布，杆件在任何状态下都可以严格满足。网络划分作为以纤维单元为主要工具的混凝土柱有限元分析指标，纤维单位的划分同试验结果的联系十分密切，因而在进行纤维划分与截面中的纤维数目设置的过程中，必须要选择合适的数量进行试验。如果所使用的纤维过多的话，就会对网络划分的结果出现计算上的精度错误；如果所使用纤维划分的数目过多的话，即使可以对计算结果的精确度得到提升，但在某种程度上也会导致试验的计算成本得到增加，造成对资源的极大浪费。以边界条件为例，本次试验中只涉及到二维空间，因而可以依据使用的有限元模型的相关试验条件，将钢筋混凝土柱的根部设置为固定端，在根部选择1个合理的转动自由度与2个可使用的平动自由度，只要将这3个自由度进行约束，就可以使根部的固接命令得到有效的实现。对于有限元模型所使用的加载方式往往是低周往复位移控制方式，同时在试验过程中也要根据试件轴压比的差别，选择合适的竖向荷载进行试验，竖向荷载的所有加载步都是使用力控制，进行水平力施加过程是以屈服位移值为基础分级进行的。在进行加倍施加时，应当每三个循环过程之后，将控制的加载步进行0.1mm的位移。

1.2 混凝土柱的控制准则

混凝土柱在不同的状态下，所使用的控制准则也是有所区别的，因而所设计的抗震方法也要进行区别设计，同时这个区别必须要得到严格的控制。混凝土柱在地震过程中的考验指标为承载力与变形极限，同时也可以将之叫做屈服状态与极限状态。在当前的抗震规范中有准确的三个要求来约束建筑物水准，大致可以分为：大震不倒、中震可修、小震不坏，这三个要求是以混凝土柱的性能状态和受力情况来进行区分的。混凝土柱在实现屈服状态前，其中的混凝土会因为受到拉力而出现开裂，钢筋也会一直处于弹力受拉的情况中，但在这个状态中混凝土柱一直处于完好的状态下，因而这个状态下的钢筋混凝土柱可以成为小震下的状态；如果混凝土柱在使用过程中遭到严重破坏，其承载力会得到急速下降与弹塑性的变形能力达到极限，此时混凝土柱的状态为大震下性能状态；而中震时混凝土柱的性能状态是处于大震和小震之间的状态，因而此时可以将混凝土柱的水平力在峰值时的状态看作中震下构混凝土柱的变形，但是一般情况下，中震下混凝土柱水平力无法达到峰值状态，因而可以选择0.8为系数，也就是将水平承载力峰值的变形状况的0.9倍和大震状态下混凝土变形状况的0.5倍作为中震下混凝土柱的塑压变形范围，也就是混凝土柱在中震条件下对应的状态。

1.3 选择合适的混凝土柱变形指标

在水平荷载作用下，钢筋混凝土柱的变形度越大，其在使用过程中弹塑性的发展情况与受到的破坏程度会出现愈发严重的状况，因而混凝土柱变形指标应当采用与混凝土柱的变形状况有关的一部分变量，从而更好地反映出混凝土柱在使用过程中的性能状态。

2 混凝土柱抗震性能的研究

2.1 设计分析和对比混凝土柱骨架曲线

混凝土柱骨架曲线作为低周往复荷载条件下的滞回曲线峰值点所形成的连线，其在大多数情况下，同单调加载时的荷载-位移曲线处于十分相似的状态。另外，大量的试验结果可以说明，在拉扯强度相同的条件下，CRB550级钢筋混凝土基于其直径较小的优点，表现出的力学性能也会比普通的钢筋混凝土柱更好。另外，在对于其余组强度与刚度在退化状况的研究可以表明：这种结论有着极高的准确性。在试验中，部分混凝土柱会因为纵向钢筋的拉扯断力度过大而出现承载力大幅下降的情况，因而得到的骨架曲线在达到极限荷载之后会出现了极大的下降趋势，呈现出的曲线处于比较陡峭的状态。

2.2 混凝土抗震性能的研究结果

通过低周往复加載试验可以得出：伴随着试验中所控制位移的不断增大，混凝土柱的耗能系数会呈现出先增大、后减小的状态；当混凝土柱的耗能系数呈现在1.0到2.0的状态之中时，混凝土柱会表现出良好的耗能性状态；耗能系数会因为混凝土柱的屈服位移表现出的不同状态而出现不同，最终的模拟出的曲线会表现出良好的吻合效果，因而CRB550级钢筋约束混凝土柱的抗震性能是十分优异的。通过以上的研究结果可以得出，对于不同强度等级的混凝土柱进行刚度退化、承载力和耗能性能等抗震性能的测试之后，CRB550级钢筋在使用时可以得到有效的使用建议：钢筋的使用直径应当得到适当的减小，但也必须要满足国家规定的《混凝土结构设计规范》要求。

3 结语

基于上述试验，可以对不同钢材的混凝土柱的抗震性能得到有效的分析，以CRB550级钢筋为主要材料约束混凝土柱的抗震性能是最好的，这主要是因为CRB550级钢筋的直径与HPB235和HRB335级的钢筋相比处于更小的状态，同时在相同条件下，三种级别的钢筋在耗能能力、刚度和承载力方面并不存在明显的差异并且可以轻松地满足相应规范各项指标的要求，表现出良好的抗震性能。因而使用CRB550级钢筋可以极大地减少钢筋的使用量，有效地实现节约能源的目的，为国家发展作出更大的贡献。

参考文献

[1]王震宇，吴波.林少书香港地区钢筋混凝土框架柱的抗震性能试验研究[J].哈尔滨建筑大学学报，2001，（01）：6-11.

[2]田思铭.CRB550级钢筋约束混凝土抗震性能研究[J].科技创新导报，2016，（21）：26-27.