短柱現(xiàn)狀與發(fā)展.ppt

主要內(nèi)容：,一、引言二、研究背景三、短柱判別方法四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀五、發(fā)展前景六、結(jié)語,近幾年來由于地震災(zāi)害屢屢發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和慘重的人員傷亡。結(jié)構(gòu)抗震顯得尤其重要，短柱在地震中的破壞尤為嚴(yán)重。本文重點(diǎn)介紹了提高短柱抗震性能的現(xiàn)狀及其發(fā)展前景，對(duì)今后短柱抗震的研究具有一定的指導(dǎo)意義。,一、引言,二、研究背景,隨著工程結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重荷載方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)底部豎向構(gòu)件的軸向承載力需求不斷增大，高層建筑的重載柱若采用普通鋼筋混凝土柱，則易形成短柱，難以滿足抗震延性的需求。,普通鋼筋混凝土柱,缺點(diǎn)：1、柱截面尺寸非常大，浪費(fèi)空間；2、浪費(fèi)材料；3、形成剪跨比較小的短柱，發(fā)生脆性剪切破壞，難以滿足抗震延性的需求。,必須重視,建筑抗震設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件有明確的延性要求。為滿足規(guī)程對(duì)軸壓比限值的要求，柱子的截面往往比較大，在結(jié)構(gòu)底部常常形成短柱甚至超短柱。另外，由于許多特殊建筑使用荷載大，層高較低，在設(shè)計(jì)中不可避免地會(huì)出現(xiàn)短柱。,要對(duì)短柱采取一些構(gòu)造措施，提高其延性和抗震性能。,二、研究背景,二、研究背景,二、研究背景,二、研究背景,二、研究背景,二、研究背景,二、研究背景,缺點(diǎn)：判斷不準(zhǔn)確，僅適于反彎點(diǎn)位于或接近柱高中部的情況。,簡(jiǎn)單方法：,三、短柱判別方法,圖1短柱設(shè)計(jì)示意圖,三、短柱判別方法,理論方法：剪跨比小于等于2,優(yōu)點(diǎn)：分析更可靠。,三、短柱判別方法,1、箍筋加密法：按不同的抗震等級(jí)采取不同的箍筋直徑與間距，見表1。,表1加密區(qū)箍筋的最大間距與最小直徑,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,圖2復(fù)合箍示意圖,2、復(fù)合箍法：常見形式有井字形復(fù)合箍，菱形復(fù)合箍，八角形復(fù)合箍，見圖2。,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,優(yōu)點(diǎn)：部分縱筋內(nèi)移并使粘結(jié)應(yīng)力分布到混凝土內(nèi)部，使“X”形縱筋承擔(dān)部分剪力，以避免柱發(fā)生剪切破壞。,圖3配置“X”筋示意圖,3、配置“X”筋法：部分縱筋沿柱對(duì)角線方向成斜向交叉配置，見圖3。,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,表2構(gòu)件明細(xì)及試驗(yàn)結(jié)果,圖4所示為X形配筋短柱構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下的骨架曲線圖，其中Z3-1未配X形筋，而其余三個(gè)構(gòu)件只在配筋方式上不同，其他參數(shù)都相同（見表2）。,圖4骨架曲線圖,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,優(yōu)點(diǎn)：破壞形態(tài)由剪切型轉(zhuǎn)化為彎曲型，實(shí)現(xiàn)了短柱變“長(zhǎng)柱”的設(shè)想。,圖5分體柱示意圖,4、分體柱法:柱中沿豎向用分隔板將短柱分為2或4個(gè)柱肢組成的分體柱，分體柱的各柱肢分開配筋，見圖5。,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,試驗(yàn)滯回曲線比較,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,（a）整體柱滯回曲線,（b）分體柱試件滯回曲線,圖6整體柱與分體柱滯回曲線比較,優(yōu)點(diǎn)：使柱的承載力大大提高，從而有效地減小柱的截面尺寸和提高柱的延性及抗震能力。,圖7鋼骨混凝土柱截面示意圖,5、鋼骨混凝土柱法：由鋼骨和外包混凝土組成，見圖7。,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,試驗(yàn)滯回曲線比較,（a）鋼筋混凝土柱滯回曲線,（b）鋼骨混凝土柱滯回曲線,圖8滯回曲線比較,試件軸壓比為0.3，其他條件相同。,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,優(yōu)點(diǎn)：混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而提高其抗壓承載力和極限壓應(yīng)變，并改善其延性與抗剪承載力。,圖9鋼管混凝土柱示意圖,6、鋼管混凝土柱法：由混凝土填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料，見圖9。,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,優(yōu)點(diǎn)：加強(qiáng)對(duì)脆性較大的高強(qiáng)混凝土的約束，減小柱子截面尺寸，同時(shí)可有效提高延性，從而避免“短柱”破壞。,圖10芯柱示意圖,7、芯柱法：在鋼筋混凝土柱的核心區(qū)集中配置鋼筋、并設(shè)置約束箍筋，見圖10。,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,試驗(yàn)滯回曲線比較,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,（a）配置復(fù)合箍筋的普通短柱滯回曲線,圖11滯回曲線比較,（b）加芯混凝土短柱滯回曲線,試件剪跨比為2.42，軸壓比為0.6。,8、玻璃纖維（GERP）加固法：湖南大學(xué)的肖巖教授對(duì)GERP加固鋼筋混凝土橋梁短柱抗震性能做了研究。所做工作：制作了三個(gè)剪跨比1.5的短柱，進(jìn)行逆靜力試驗(yàn)，并進(jìn)行非線性有限元分析，見圖12。結(jié)論與成果：GERP加固的短柱發(fā)生延性彎曲破壞而非脆性剪切破壞，而且具有很好的變形能力和耗能能力。,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,圖12兩組反復(fù)荷載作用下短柱滯回曲線對(duì)比圖,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,（a）普通短柱滯回曲線,（b）GERP加固短柱滯回曲線,圖13加固過程示意圖,9、碳纖維布包裹法：天津大學(xué)趙彤和天津城市建設(shè)學(xué)院陳培奇、周曉潔進(jìn)行了碳纖維布對(duì)鋼筋混凝土短柱抗震性能改善效果的研究，見圖13。,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,所做工作：試驗(yàn)對(duì)9根試件分為兩組通過不同的加固方式進(jìn)行了抗震性能研究。試件加固情況見表3。,表3試件加固情況一覽表,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,剪跨比為1.0時(shí):,（a）試件-1,（b）試件-2,（c）試件-4,圖14試件組典型滯回曲線比較,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,（a）試件-1,（b）試件-2,（c）試件-4,圖15試件組典型滯回曲線比較,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,剪跨比為1.5時(shí):,結(jié)論與成果：經(jīng)過碳纖維布橫向包裹加固的短柱，其延性在不同程度上得到改善，改善程度和碳纖維布的強(qiáng)度、層數(shù)、短柱剪跨比等因素有關(guān)，總的來說改善效果顯著，滯回環(huán)面積明顯增大，說明構(gòu)件的耗能能力增大，延性提高。,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,10、纖維-鋼骨超高強(qiáng)混凝土復(fù)合加固法：大連理工大學(xué)賈金青教授對(duì)纖維-鋼骨超高強(qiáng)混凝土短柱抗震性能做了研究。所做工作：對(duì)13根纖維-鋼骨超高強(qiáng)混凝土短柱的抗震性能進(jìn)行了研究。對(duì)破壞形態(tài)和變形耗能能力進(jìn)行了探討，分析了纖維體積含量、種類及配箍率、鋼骨幾個(gè)因素對(duì)其抗震性能和抗剪承載力的影響。,結(jié)論與成果：1、纖維的加入，增大骨料的咬合力，提高縱筋和箍筋的粘結(jié)力和握裹力，延緩裂縫開展，增大縱筋銷栓力，大大降低了箍筋和縱筋的應(yīng)變，提高了受壓區(qū)的抗壓能力和直剪能力，并且隨著纖維體積含量的增加這種作用愈來愈明顯。2、低配箍率下，延性隨纖維體積含量的增大而提高的幅度大，反之則小些；在總造價(jià)基本相同的條件下，鋼纖維對(duì)短柱延性改善程度更為明顯一些。,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,11、預(yù)應(yīng)力鋼板箍加固法：華僑大學(xué)郭子雄教授對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼板箍加固鋼筋混凝土短柱抗剪性能進(jìn)行了研究。所作工作：1、進(jìn)行了9個(gè)配箍構(gòu)造未滿足規(guī)范要求的RC方形短柱加固試件的單調(diào)加載試驗(yàn)；2、探討了預(yù)應(yīng)力箍板加固的受剪機(jī)理，分析了各主要參數(shù)對(duì)加固柱受剪承載力的影響。,圖16施加預(yù)應(yīng)力后的試件,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,結(jié)論與成果：1、增強(qiáng)了箍板對(duì)混凝土的主動(dòng)約束，延遲了主斜裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，并使試件在加載后期發(fā)生彎剪破壞。2、用預(yù)應(yīng)力鋼板箍加固RC短柱可大幅提高短柱的抗剪承載力。3、預(yù)應(yīng)力鋼板箍加固RC短柱，可防止試件出現(xiàn)脆性破壞，即使出現(xiàn)剪切破壞，試件仍具有一定的延性。,四、短柱抗震性能的研究現(xiàn)狀,五、發(fā)展前景,1、建議對(duì)超高強(qiáng)纖維混凝土的基本力學(xué)性能進(jìn)行全面深入分析，以完善超高強(qiáng)混凝土短柱的應(yīng)用范圍；2、地震荷載作用后構(gòu)件的殘余變形，對(duì)短柱是否破壞、是否可修、是否可以立即用于震后救災(zāi)搶險(xiǎn)和救災(zāi)搶險(xiǎn)工作的順利開展以及檢驗(yàn)加固方法有效性具有決定性作用，是加固研究的重要課題；3、由于實(shí)際待加固試件均為具有不同程度損傷的既有建筑，故針對(duì)原結(jié)構(gòu)損傷及受力狀態(tài)，對(duì)預(yù)應(yīng)力可能緩解二次受力結(jié)構(gòu)應(yīng)變滯后的程度開展研究。,前7種是一些傳統(tǒng)的方法，使用比較廣泛；而后4種是較新型的加固方案，還處