预应力钢板箍加固高轴压比RC短柱抗震性能研究

摘要

通过9个配箍构造未满足规范要求的RC短柱试件(1个未加固对比试件和8个加固试件)的低周反复加载试验，研究采用横向预应力钢板箍加固RC短柱的抗震性能。试验主要参数为预应力水平a、轴压比nt、箍板特征值h及纵筋配筋率rs。通过这些参数，主要研究了(a)采用预应力钢板箍约束的高轴压比RC方形截面短柱的抗震性能；(b)箍板特征值对预应力钢板箍约束RC短柱的抗震性能的影响；(c)预应力水平对预应力钢板箍加固短柱的抗震性能的影响，以检验增强横向主动约束的效果；(d)预应力钢板箍加固RC框架短柱的抗剪承载力。通过对裂缝发展、破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、变形能力及耗能性能等进行综合分析，得到如下结论： 1）本文建议的加固方法能大幅改善RC短柱的抗震性能。相同约束条件下，试件的位移延性比随着轴压比增大而降低。高轴压比试件（nt＝0.56）在a＝0.45和h＝0.53的箍板约束下，仍能获得7.01的延性比。 2）箍板特征值h越大，试件的位移延性比越大。对于相同几何特征和配筋特征的低轴压RC短柱，在合适的预应力水平下，h达到0.35即能保证良好的延性，而高轴压比短柱在h达到0.53甚至更大时，才能有效防止纵筋屈曲，达到良好的变形能力。 3）预应力的存在能明显改善钢板箍对试件的约束，增强试件的整体性，提高短柱的抗震性能。随着预应力水平的增大，试件的变形能力增强。对比PC3和PC2（nt＝0.28），预应力水平a由0增大为0.35，延性比由5.19增大到7.40；对比PC9和PC7（nt＝0.56），a由0.35增大为0.45，延性比由5.22增大到7.01。 4）当纵筋配筋率由1.34％增加到2.23％时，箍板特征值h＝0.35已不能提供足够的抗剪能力，试件发生剪切破坏。试件延性比仅为2.89，变形能力和耗能能力差。其抗剪强度比未加固试件提高了24％。 5）试件的累积耗能能力随a和h的增大而提高，随轴压比的增大而降低，但约束较好的高轴压比试件PC7（nt＝0.56，a＝0.45和h＝0.53）耗能能力仍要好于约束较差的低轴压比试件PC2（nt＝0.28，a＝0.35和h＝0.35） 运用大型通用有限元程序ANSYS，建立合适的有限元模型，对本文试验构件进行了非线性全过程数值模拟。由计算结果与试验结果对比可知，除初始刚度普遍比试验值大以外，曲线整体吻合良好。