超高性能混凝土构件抗震性能研究进展

2020-02-25

福建质量管理 2020年6期

(华东交通大学土建学院江西南昌 330013)

一、前言

UHPC材料在韧性、变形能力以及耐久性等方面的优越性能[1]，使其在工程领域中具有良好的应用前景。目前美日韩等国已成功将UHPC材料应用于桥梁与路面工程、核电工程等领域[2]。国内UHPC研究虽然起步较晚，但UHPC材料在铁路盖板、桥梁伸缩缝填补等多个实际工程中取得成功的应用[3]。基于UHPC优越的断裂韧性，人们开始重视UHPC材料在工程结构抗震性能方面的研究，不少学者通过试验和数值模拟探讨UHPC构件的抗震性能。本文通过对国内外UHPC构件抗震性能研究现状进行梳理与总结，分析了轴压比、纵筋率和配箍率对UHPC构件抗震性能的影响，希望能为UHPC构件抗震性能研究以及工程应用提供参考。

二、试验研究

(一)轴压比

轴压比是影响压弯构件抗震性能的重要因素，其大小与结构的抗震富余能力密切相关。为此，鞠彦忠[4]开展了18根UHPC柱的拟静力试验，分析了轴压比分别为0.29、0.43和0.58时对构件抗震性能影响，此后，郝文秀[5]试验了5根轴压比为0的UHPC桥墩以及任亮[6]试验了轴压比为0.15的3根UHPC箱型桥墩。对比三者的实验结果表明，当轴压比不超过0.3时，UHPC构件的延性随轴压比的增大而增大；当轴压比达到0.3以后，UHPC构件位移延性系数保持平缓，UHPC构件的脆性开始显现，因此适当控制轴压比可确保结构具有较好的延性储备。

(二)纵筋率

纵筋率是影响UHPC构件变形能力的重要因素。郝文秀[5]通过拟静力试验，探讨了纵向配筋率对UHPC空心矩形桥墩延性性能的影响，指出UHPC构件的延性随着纵筋率的增大呈先增加后减小的趋势。此后，Hung[7]通过6根高强钢筋增强UHPC柱抗震性能试验，分析了纵筋率对构件抗震性能的影响。结果表明纵筋率能有效改善构件的损伤容限。上述结论表明在适筋范围内，纵筋率对UHPC结构延性起正向作用，当达到超筋范围后，纵筋率对结构延性将起反向作用。为此，在设计UHPC构件时，截面纵筋率宜控制在合适的范围。

(三)配箍率

混凝土构件承受偏压荷载作用时，结构易发生剪切破坏和横向鼓曲现象，而箍筋的设置可有效提高混凝土的抗剪能力和约束混凝土横向变形。对此，阎贵平[8]教授在2004年就开展了4个不同配箍率的UHPC柱的拟静力试验，结果表明，箍筋的数量及间距对UHPC构件抗震延性影响不大。此后，苏骏[9]通过对UHPC加固梁柱节点一系列抗震试验研究，进一步明确了上述结论，并指出UHPC自身具有较强的抗剪能力是导致增加配箍率对结构抗剪能力提高效果不明显的重要原因。为此，可从经济角度考虑配箍率来满足构件抗震需求。