火災(zāi)后鋼筋混凝土形柱抗震性能試驗研究

火災(zāi)后鋼筋混凝土形柱抗震性能試驗研究

0總結(jié)鋼混凝土形狀柱結(jié)合了鋼混凝土和混凝土的良好特性，同時考慮了承受能力強、抗疲勞性能好的兩個優(yōu)點。1試驗總結(jié)1.1測試設(shè)計《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》1.2恒載升溫方式試件完成養(yǎng)護以后，火災(zāi)試驗在青島理工大學(xué)垂直火災(zāi)爐中進行。試驗采用軸心荷載下恒載升溫方式，如圖2所示。在T形柱的火災(zāi)試驗中，其內(nèi)折角面進行受火，對于未受火面使用陶瓷纖維板進行有效保護，如圖3所示?；馂?zāi)試驗升溫曲線如圖4所示。1.3試驗中的加載試驗1.3.1電液伺服小孔頂提供抗震試驗采用建研式加載裝置。豎向荷載通過200t液壓千斤頂提供，水平荷載通過100t電液伺服作動器來進行提供。試驗加載圖如圖5所示。1.3.2試驗過程中的破壞試驗采用位移控制的方式進行分級加載。試件屈服前，加載級差為3mm，每級往復(fù)循環(huán)一次。試件屈服以后，加載位移為屈服位移的倍數(shù)，每級往復(fù)循環(huán)三次，在試驗中，當(dāng)試件水平承載力降低至極限荷載的85%時終止試驗，認為試件破壞。利用折線法確定試件的屈服點，原理如圖6所示，E點為所對應(yīng)的屈服位移和屈服荷載。1.3.3試驗件破壞形態(tài)試驗過程包括彈性、帶裂縫工作和破壞三個階段。增大軸壓比，翼緣背面上下端明顯出現(xiàn)彎曲壓碎破壞；一定范圍內(nèi)增大剪跨比，觀察翼緣背部上下端實際的彎曲壓碎破壞情況有所減輕，分析原因為短柱有較大的剛度，水平剪切力在其發(fā)生相同位移情況下比較大，使破壞發(fā)生的比較早；配箍率對于火災(zāi)后試件的破壞形態(tài)影響沒有明顯的差別。TZ1和TZ3出現(xiàn)粘結(jié)劈裂以及剪切破壞，腹板出現(xiàn)嚴重的混凝土脫落情況，在腹板內(nèi)部混凝土上出現(xiàn)豎向剪切劈裂裂縫，腹桿鋼筋出現(xiàn)外凸現(xiàn)象，翼緣肢端上下端的混凝土出現(xiàn)嚴重的劈裂破壞現(xiàn)狀，槽鋼出現(xiàn)嚴重的變形。TZ2、TZ4、TZ5、TZ6出現(xiàn)粘結(jié)劈裂破壞和彎剪破壞，腹板混凝土脫落嚴重，翼緣肢端上下端混凝土發(fā)生劈裂破壞，槽鋼明顯變形外凸。部分破壞現(xiàn)象如圖7所示。2試驗結(jié)果的分析2.1滯回特性分析對試驗數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析，各試件的荷載（P）-位移（Δ）曲線如圖8所示。(1）通過TZ1、TZ2可以看出，未受火構(gòu)件的包絡(luò)面積大于受火試件，耗能性大，火災(zāi)后，其內(nèi)部微裂縫快速發(fā)展，明顯削弱了構(gòu)件的耗能能力和承載能力。(2）通過TZ2、TZ5、TZ6的試驗分析得出，一定范圍內(nèi)增大剪跨比，試件滯回曲線包絡(luò)面積變小，耗能能力降低，所以剪跨比是對火災(zāi)后構(gòu)件滯回特性產(chǎn)生影響的重要因素。(3）通過TZ2、TZ3、TZ4的試驗分析可得，軸壓比一定范圍內(nèi)增加，滯回環(huán)包絡(luò)面積也發(fā)生明顯的增加，同時試件的耗能能力提高。2.2高溫下降段較小對骨架曲線根據(jù)不同的參數(shù)分別進行整理，得到在各參數(shù)條件下的骨架曲線如圖9所示。(1）受火柱骨架曲線下降段較未受火柱平緩，分析原因為高溫引起混凝土極限應(yīng)變增大導(dǎo)致。(2）軸壓比在一定范圍內(nèi)提高，試件極限承載力降低，極限位移也嚴重降低，骨架曲線的斜率均較大，說明極限荷載以后，試件軸壓比在一定范圍內(nèi)越大，后期承載力衰減速度越快。2.5軸壓比對能耗能力的影響耗能是構(gòu)件變形能力在能量上的表達。累積耗能可用下列公式計算。式中：E表示累積耗能；F表示水平剪力；x表示水平位移。各參數(shù)對耗能能力發(fā)生的影響如圖12所示。(1）對比受火試件和未受火試件可以看出，受火試件提前進入屈服階段，受火試件耗能能力小于未受火試件，且受火試件耗能能力明顯降低。(2）火災(zāi)后試件的耗能能力隨著軸壓比的提高而增大。軸壓比在試件屈服前，耗能能力沒有明顯的影響；但在試件屈服后，會對耗能能力有比較顯著的影響。分析原因是試件抵抗變形的能力隨著軸壓比的提高而增強，其滯回耗能性能隨之提高。(3）增大試件剪跨比，滯回耗能降低，但在試件屈服之前，剪跨比對耗能的影響不大，對累積滯回耗能增幅也較小。試件屈服后至試件破壞階段，試件耗能隨著剪跨比變化較明顯。3結(jié)構(gòu)抗震性能影響因素(1）火災(zāi)對T形型鋼混凝土柱的材料造成損傷，使其內(nèi)部微裂縫快速發(fā)展，削弱了各項力學(xué)性能指標(biāo)，同時降低了T形型鋼混凝土柱的屈服強度以及極限承載力，加快了其強度和剛度的退化。(2）軸壓比是影響結(jié)構(gòu)抗震性能的重要因素，一定范圍內(nèi)提高軸壓比，增加了截面受壓區(qū)高度，限制了截面的轉(zhuǎn)動，降低了混凝土柱的位移延性，提高了耗能能力，但增加了初始剛度，更容易產(chǎn)生脆性破壞和鋼骨的變形失穩(wěn)，加速了后期強度衰減和剛度退化。（3）剪跨比也是影響結(jié)構(gòu)抗震性能的重要因素，一定范圍內(nèi)提高剪跨比，降低了T形型鋼混凝土柱的初始剛度、極限承載力以及耗能性能，使強度衰減變緩。剪跨比在2.0左右以下時位移延性隨著值的增加而減小，在2.0左右以上時隨著值的增加而提高，分析是由于短柱比長柱剛度大，更不容易產(chǎn)生失穩(wěn)所致。2.3軸壓比和剪跨比試件的位移延性系數(shù)能夠清楚的對構(gòu)件后期變形性能進行反映，計算公式為μ=?(1）火災(zāi)降低了構(gòu)件的位移延性性能，高溫導(dǎo)致試件材料性能的劣化，受火試件較非受火試件位移延性系數(shù)降低了9.1%。(2）軸壓比從0.1提到0.2、0.3時，位移延性系數(shù)降低了3.66%和12.2%。對軸壓比進行提高，會導(dǎo)致試件截面的受壓區(qū)高度增加，同時約束了截面轉(zhuǎn)動，使試件的延性性能降低。(3）剪跨比從1.702和2.021提高到2.340時，位移延性系數(shù)分別提高17%、69%和33.2%。而剪跨比從1.702提高到2.021時，其延性系數(shù)降低了11.7%，表明剪跨比處在2.0左右以下時，延性隨著剪跨比的增加而變差，相反在2.0左右以上時，隨著剪跨比的增加位移延性而有所提高。2.4軸壓比的影響剛度反映結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵抗變形的能力，一般用割線剛度進行表示，其表達式如下：式中：K(1）在試驗初期，構(gòu)件剛度退化明顯，隨著外部混凝土脫落，由槽鋼主要承受荷載，由于槽鋼延性性能良好，使構(gòu)件剛度退化緩慢。(2）試件隨著軸壓比的增加，初始剛度提高同時其退化速度也加快。原因是軸壓比較大會使截面受壓區(qū)高度