探讨在侧向撞击下轴压比对钢筋混凝土框架柱的影响

摘要：本文通过收集4根钢筋混凝土框架柱在侧向撞击荷载作用下动力响应，分析在不同轴压比下钢筋混凝土框架柱的破坏过程及破坏形态。结果表明：在侧向撞击荷载作用下钢筋混凝土框架柱可能发生剪切、弯剪或弯曲三种破坏形式，构件轴压比的增大使得框架柱横向抵抗荷载能力与变形能力增大。

关键词：轴压比；侧向撞击；破坏形态

引言

近些年，防止建筑物连续倒塌的研究成为国内外新的研究热点，但这些研究大多考虑的是结构承重柱失效后的情况 [1-3]。而对钢筋混凝土框架柱在侧向爆炸冲击和撞击方面的研究成果甚少。实际上，由于轴力的存在，框架柱与梁的受力状态明显不同，它们的破坏形态也不同，因此对钢筋混凝土框架柱在侧向爆炸冲击和撞击荷载作用下的性能有待进行深入研究[4-7]。本文通过收集4根钢筋混凝土框架柱在侧向撞击荷载作用下动力响应，分析不同轴压比下钢筋混凝土框架柱在侧向撞击荷载作用下的破坏过程和破坏形态以及不同轴压比对钢筋混凝土框架柱极限承载力。

1 试验原理

1.1试件尺寸

试件截面尺寸：bxh=250x300，对称配筋，纵筋采用HRB335（ ），箍筋采用HPB300 （ ）；轴压比取0和0.25两种；混凝土强度等级为C25，钢筋保护层厚度取c=20mm。

1.2 试验装置

为模拟框架柱在侧向撞击荷载下的作用，试验采用MTS拟动力加载系统。为区分横向柱试验和梁，把框架柱上端和侧部由压板固定在试验装置的承座内与其成为一体，固定在承座两侧的转轴支撑在滑动支座内，这样承座既可以转动、也可以水平移动。转轴端部与摇臂固定，摇臂端部与竖向约束传感器连接可测出柱端弯矩；滑动支座外端与水平约束传感器连接可测出柱端的水力。

1.3加载方案

1）试验通过单点加载模拟侧向撞击作用，即采用MTS拟动力系统对试件柱中进行单点集中加载。

2）试验采用位移控制加载速率，即加载速率为1.83×10-2mm/s。试验中若试件发生剪切，弯剪破坏，应停止试验；若试件发生弯曲破坏，当承载力下降到极限承载力的85%左右或柱中位移达到净跨的1/30时，即认为试件破坏，停止试验。

2 试验结果

2.1试件破坏形式及形态

试件的破坏形式及形态随着试件轴压比的不同而有所不同。

2.2荷载与柱中相对位移关系

1）柱纵筋配筋率为0.77%时，不同轴压比的两个试件S-2 18-0和S-2 18-0.25荷载与相对位移关系曲线如图1所示：

图1 S-2 18-0和S-2 18-0.25荷载与相对位移关系曲线

2） 柱纵筋配筋率为1.15%时，不同轴压比的两个试件S-3 18-0和S-3 18-0.25荷载与相对位移关系曲线如图2所示：

图2S-3 18-0和S-3 18-0.25荷载与相对位移关系曲线

3 实验结果分析

由图1可知，柱在相同配筋下，试件S-2 18-0的相对屈服位移为0.232，极限荷载为202KN，其相对极限位移为0.247；试件S-2 18-0.25的相对屈服位移为0.296，极限荷载为267KN，其相对极限位移为0.398，轴压比n=0.25时比n=0时极限承载力提高了32%，柱中相对极限位移增大了34%。图2可知，柱在相同配筋下， 试件S-3 18-0的相对屈服位移为0.346，极限荷载为260KN，其相对极限位移为0.391；试件S- 318-0.25的相对屈服位移为0.276，极限荷载为290KN，其相对极限位移为0.455，轴压比n=0.25时比n=0时极限承载力提高了12%，柱中相对极限位移增大了16.4%。即在同一配筋下，试件轴压比的增加使得柱横向极限承载力和柱中侧向变形增加。

4 结论和不足

（1）在侧向撞击荷载作用下钢筋混凝土柱可能发生剪切破坏、弯剪破坏或弯曲破坏。在轴压比n=0时，钢筋混凝土柱倾向于发生剪切破坏和弯剪破坏；n=0.25时钢筋混凝土柱倾向于发生弯曲破坏。

（2） 相同配筋时，试件轴压比的增加使得柱横向抵抗荷载与变形能力增加，但当继续增大试件轴压比时，是否能继续提高柱的横向抵抗荷载和变形能力，有待进一步验证。

（3）由于爆炸、撞击等荷载是在瞬间完成，由于条件限制，本实验只是模拟钢筋混凝土框架柱在侧向撞击下的响应，探讨在侧向撞击下轴压比对钢筋混凝土框架柱的影响，给进一步的研究提供参考。

参考文献

[1] GEORGIN J F， REYNOUARD J M. Modeling of structures subjected to impact： concrete behavior under High strain rate[J].Cement & Concrete Composites， 2003， （25）： 131-143.

[2] 师燕超，李忠献，爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱的动力响应与破坏模式，建筑结构学报，2008年第4期。

[3] 王立军，王铁成，王崧，斜向水平荷载作用下钢筋混凝土框架柱受剪性能的试验研究，建筑结构学报，2006年第8期。

[4] 张瑞坤.侧向撞击作用下钢筋混凝土柱的动力响应分析[D].唐山：河北理工大学，2009.

[5] 强.爆炸冲击荷载作用下钢筋混凝土柱的动力响应分析[D].唐山：河北理工大学，2009.

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[7] 冯宇.配筋率对钢筋混凝土柱侧向抗撞击性能影响的试验研究[D].唐山：河北理工大学，2010.