钢筋混凝土柱地震破坏模式影响因素研究综述

胡焕伟，仇实，廖滨 （中建八局第二建设有限公司广东分公司，广东 深圳 518057）

1 引言

钢筋混凝土柱在建筑工程中是主要的受力构件，房屋建筑在承受外力荷载时很依赖钢筋混凝土柱。国际与国内学者对历次的地震灾害展开了大量的研究[1-2]，发现钢筋混凝土柱最终破坏形态很大程度上取决于构件的抗弯承载力与抗剪承载力之间的相互竞争关系，由弯曲主导和剪力主导所引起的破坏有着较大的差别。钢筋混凝土柱在反复荷载作用下的破坏模式主要分为弯曲型破坏、剪切型破坏及弯剪型破坏三种。其中弯曲破坏在破坏前具有明显的预兆，破坏时钢筋混凝土柱各部分材料性能得到充分发挥，而剪切破坏和大部分的弯剪破坏钢筋混凝土柱属于脆性破坏，会在较短的时间内失去承载地震作用的能力，进而出现急剧破坏，破坏前没有征兆，存在较大安全隐患。因此，正确认识钢筋混凝土柱破坏模式的影响因素，并根据影响因素做出合理的破坏模式预测对评估抗震能力和后期加固具有重要的研究意义和工程应用价值。

2 RC柱地震破坏模式影响因素研究现状

针对地震下钢筋混凝土柱破坏模式的影响因素，国际和国内研究人员进行了很长时间的研究，通过力学分析和工程试验两个角度对钢筋混凝土柱抵抗地震作用的性能进行研究，并深入分析了影响钢筋混凝土柱破坏模式的关键因素。

2.1 RC柱地震破坏模式影响因素国外研究现状

Ghee等[3]通过对25根钢筋混凝土柱进行循环反复加载试验，发现位移延性系数对钢筋混凝土柱在地震下的破坏有显著的影响，位移延性大的钢筋混凝土柱抗震性能越好。Wong等[4]在Ghee的基础上，通过反复加载试验研究了较小剪跨比的情况下不同配箍率、轴压比及荷载加载方式，对钢筋混凝土柱地震破坏模式的影响，分析发现在轴压比小的钢筋混凝土柱易发生剪切变形，配箍率小的钢筋混凝土柱在破坏前没有明显的征兆，出现脆性破坏。Xiao[5]设计了多种钢筋混凝土柱试件，并对其进行循环反复加载试验,发现具有小配箍率的钢筋混凝土柱在模拟地震作用的反复荷载作用下会出现抗剪强度不足，柱的底部塑性铰区域会发生弯剪破坏，试件对作用力表现出部分延性后迅速发生破坏。Lynn等[6]对不同设计参数的钢筋混凝土柱进行地震破坏试验，发现施加的轴向压力和配箍率高的试件能够承受较长时间的外力作用，表现出的延性和抗震性能较好。Maekawa和An[7]研究发现截面尺寸较小、剪跨比大的钢筋混凝土柱延性较好，这类钢筋混凝土柱在地震下通常发生弯曲破坏，而截面尺寸较大、剪跨比较小、纵筋和箍筋配筋率较低的钢筋混凝土柱则延性较差，会在短时间内出现较宽的斜裂缝并被破坏，这类试件在地震荷载作用下易发生剪切和弯剪破坏。Sezen和Moehle[8]通过对钢筋混凝土柱进行不同加载模式的抗震性能试验，发现对配箍率小的构件施加较小轴向压力时通常会发生弯剪破坏，施加较大轴向压力时会发生剪切破坏。Mat⁃amoros等[9]通过对2根不同轴压比的钢筋混凝土柱进行循环反复试验，通过对比发现钢筋混凝土柱在承受较大轴向压力时，其承载能力和侧向刚度会出现较快的退化，进而发生剪切破坏，由此得出轴压比是影响钢筋混凝土柱破坏模式的重要因素。Boyes等[10]对低配箍率的钢筋混凝土柱分别进行不同加载模式的地震加载试验，结果表明，配箍较少的柱更易发生脆性破坏，在短时间内发生失稳；而钢筋混凝土柱在承受双向力的情况下其延性会降低，研究得出合适的配箍率会对钢筋混凝土柱的破坏模式产生较大影响。Elwood和Moehle[11]通过振动台试验模拟地震荷载，研究了不同轴力对钢筋混凝土柱的影响作用，试验发现钢筋混凝土柱在承受单向力时，配箍率越小其发生剪切破坏的可能性就越大，而承受轴向压力相对较小的钢筋混凝土柱在地震作用下表现出更好的延性。Ghannoum和Moehle[12]通过试验研究发现，低配箍率钢筋混凝土柱在地震作用下会首先在弯矩作用下屈服，然后抗剪强度退化发生剪切破坏，因此钢筋混凝土柱的地震破坏模式和破坏过程与轴压力水平、地震动强度和延续时间相关。

2.2 钢筋混凝土柱地震破坏模式影响因素国内研究现状

路湛沁等[13]通过对钢筋混凝土柱进行抗震性能试验，发现剪跨比相同的钢筋混凝土柱，其破坏模式主要取决于轴压比，轴压比越小，试件的延性越好，越容易发生弯曲破坏。徐贱云等[14]对纵筋屈服发生的钢筋混凝土柱进行了多次循环加载试验，发现剪跨比和配箍率较大的钢筋混凝土柱能够长时间的承受地震荷载作用，并且在破坏前有明显的预兆，延性较好，容易发生弯曲破坏。姜维山和白国良[15]通过研究配箍形式对短柱抗震性能的影响，发现复合箍和X型配筋相对普通的配箍形式能够提高短柱的抗震性能。但无论采用何种配箍形式，相较于普通柱，短柱的抗震效果依然较差，更容易发生脆性破坏，在实际工程中应避免短柱的出现。管品武[16]通过对钢筋混凝土柱的抗震试验研究，对比多种试件发现剪跨比较大，并且纵筋和箍筋配筋率适当的钢筋混凝土柱延性最好，承受地震作用的能力最强，容易发生弯曲破坏，而箍筋配置不足或过量的钢筋混凝土柱则容易出现脆性破坏，在短时间内发生倒塌。王震宇等[17]通过对钢筋混凝土柱进行试验发现轴压比越小、配箍率越大、剪跨比越大的钢筋混凝土柱，在地震作用下的延性和能承受的承载力就越大，越容易发生弯曲破坏。鞠彦忠等[18]通过对低纵筋率的钢筋混凝土柱抗震性能的试验研究，发现地震荷载作用下低配筋率的钢筋混凝土柱都会表现出脆性破坏，而增大剪跨比可以提高钢筋混凝土柱的延性，使其具有更好的抗震性能。孙治国等[19]通过拟静力试验，对不同剪跨比的RC柱抗震性能进行研究，结果表明，剪跨比为1.5～2，受拉纵筋配筋率≥1%且混凝土强度低的钢筋混凝土柱不能持续承受地震作用，容易出现脆性的剪切破坏，破坏前没有表现出延性，破坏过程较为急速。刘鸣等[20]对混凝土抗压强度、纵筋配筋率、体积配箍率等多个参数进行双参数相关分析和偏相关分析，认为弯曲破坏受纵筋率和剪跨比的影响较为显著，剪切破坏和弯剪破坏体积配箍率的影响较为显著。马颖[21]通过对不同设计参数（试件尺寸、轴向压力、配筋率等）的钢筋混凝土柱进行静力试验和循环反复试验，对比发现受轴向压力较小的长柱、受轴向压力小且配箍较为稀疏的短柱延性更好，能够较长时间承受地震作用，更趋向于发生弯曲破坏；受轴向压力较大的长柱、受轴向压力较小且配箍较为紧密的短柱有部分延性，更趋向于发生弯剪破坏；剪跨比较小、受轴向压力较大的钢筋混凝土柱延性最差，其破坏前没有明显征兆，趋向于发生剪切破坏。刘飞等[22]通过有限元分析发现，纵筋应变率大于箍筋应变率是钢筋混凝土柱由弯曲破坏模式发展为剪切破坏模式的重要原因，并且随着轴压比的增大，RC柱的抗震性能就相对变差，其破坏模式会由延性破坏（弯曲破坏）向脆性破坏转变（弯剪破坏或剪切破坏）。崔济东[23]对469个钢筋混凝土柱的破坏模式与各影响参数之间关系进行研究分析，发现剪跨比和抗剪需求能力比Vp/Vn对钢筋混凝土柱的破坏具有明显关系：随着剪跨比的增大，钢筋混凝土柱更趋向于发生弯曲破坏；随着Vp/Vn增大，钢筋混凝土柱表现出的延性就越差，更易发生剪切破坏。

3 结语

通过国内外对于钢筋混凝土柱地震破坏模式影响因素研究现状的分析可以发现，钢筋混凝土柱在地震作用下的抗震性能与众多因素有关：柱的尺寸、轴向压力、剪跨比、配箍和配筋情况位移延性及材料强度等的改变，对钢筋混凝土柱破坏模式产生影响，并且各种因素对破坏模式的影响程度不相同。但现有的研究还未认识到何种因素对钢筋混凝土柱的破坏模式起主导作用，导致在对破坏模式进行判别时，不能合理地选择判别参数，理论依据较为缺乏。因此，在进一步研究钢筋混凝土柱地震破坏模式的影响因素时，需要重点关注各参数对破坏模式的影响程度，从而筛选出对破坏模式影响最大的几种因素，并据此可以对钢筋混凝土柱在地震下可能发生的破坏模式做出有效的预测判别。