抗震设计中钢筋混凝土柱矩形约束箍筋

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1、第7卷第2期，工程力学Vo1．7．N0．2l990年5月ENGINEERINGMECHANICSMayl990抗震设计中钢筋混凝土柱矩形约束箍筋邹银生刘伯贤(藏南大学)摘要本文通过20根配有矩形约柬箍筋的钢筋混凝土柱，在单向一次荷载和循环反复荷载下的试验，研究了轴压比和配箍率对柱延性的影响_用有限元法对钢筋混凝土压弯构件进行了荷载一位移曲线的全过程分析．文中通过对试验和计算结果的分析，给出了柱塑性铰区域内矩形约束箍筋数量的计算公式．关键词：钢筋混凝土柱．矩形约束箍筋，抗震设计，有限元分析．试验分析刖置我国即将执行的《建筑抗震设计规范》中，采用在小震(多遇地震烈度)作用下

2、按弹性试验强度对截面进行抗震设计；在大震作用下(罕遇地震烈度)进行变形验算，允许结构物进入弹靼性阶段．让结构某些部位的强度达到屈服极限．依靠结构的塑性变形继续吸收地震所产生的能量，从而经受住地震的考验，对钢筋混凝土多层框架来说，都希望遵循强拄弱梁的设计原则，尽量使塑性铰在梁中出现．使柱处于弹性工作状态。这是一种理想的状态，实际上在大震作用下．柱的某些部位出现塑性铰是锻难避免的．因为要消除这种塑性铰出现的可能性．将需要使柱子比粱强得多．事实上，对有些结构来说，可能还需要依靠柱中塑性铰来消耗地震能量。因此，安全的抗震设计必须使柱具有足够的延性储备．钢筋混凝土拄中的加密箍筋可

3、以起约束受压混凝土．防止纵向钢筋压屈和增加抗剪强度等作用，因而在柱的可能塑性铰区域内配置足够的箍筋，可提高柱的延性。然而，各国规范对约束箍筋数量的规定相差很大，因为值担进～：研究。我国现行抗震设计规范rr儿l一78)对柱端箍筋的最小直径和最大间距作了规定．但这些规定未考虑不同因素(特别是轴雎比)对柱延性的影响．在轴压比较大时是偏于不安全的。本文通过20根配有矩形约束箍筋的钢筋混凝土柱，在单向一次荷载和循环反复荷载下的试验研究，分析了配箍率和轴向压力对柱延性的影响：并用杆系有限元法对钢筋混凝土压弯构件进行了荷载一位移的全过程分析。最后通过对试验和汁算结果的分析，给出了柱塑

4、性铰区域内的矩形约束箍筋数量的计算公式。本文于I987年6月收到·50·工程力学第7卷二、试验研究1．试验慨况率批试件共20报，其长度为230era，截面尺寸为15×20cm。混凝土标号在210号至417号范围内变化．纵向钢筋均采用I级钢对称配筋，其配筋率在0．39％～{．73％范围内变化，屈服强度R=3260Kg／CYl~．。箍筋采用矩形，直经为6．5，屈服强度Rz=2940Kg／cm，配箍率为1．47。圈I加载装置与测点布置0．88，0．63，0．44，O．22％五种。试件的加载装置及测点布置如图1所示．试验时在柱两端施加恒定的轴向压力，轴压比N／RIbh=0-0．

5、4169．采取跨中一点加载方式，在柱中部十字形接头上．下施加单向或反复横向荷载。剪跨比为5．14．试验中量测了柱端位移和转角、受压区混凝土应变和纵向钢筋的应变。横向荷载的加载制度，在受拉钢筋屈服以前同荷载控制，受拉钢筋屈服后由位移控制。对于单向加载的试件。则5一直单向加载刘破坏．42．试验结果3图2表示当纵向配筋率和横向配箍2率均相同时，轴向压力对构件荷载一位移曲线的影响．图2中曲线上的点1表l=lO0mm示受拉钢筋开始屈服。点2表示最外受0123456789A(cm、压纤维混凝土到达极限应变．从图中的曲线可以看出：受拉钢筋开始屈服时的圈2轴向力对载荷移曲线的影响构件位

6、移随轴压比的增加而增加；最外受压纤维混凝土到达极限应变时的构件位移随轴压比的增加而减少．因此，构件的位移延性比随轴压比的增加而降低．图3(d)、(6)表示当轴压比与纵向配筋率都相同时，配箍率对荷载一位移曲线的影响。从图可以看出．荷载一位移曲线下降段的坡度随配箍率的增加而愈趋平缓，最大变形量愈大，因而构件延性系数愈大．图4表示当纵向配筋率和ij向压力均相同时。不同配箍率构件的荷载一位移滞回曲线的外包线．从图可以看出：随着配箍率的增加，滞回曲线的外包线下降段坡度变得愈平缓，经受反复荷载的次数增多．因而构件的延性比增大．第2期抗震设计中钢筋混凝土柱矩形约束箍筋·5l·三荷载一

7、位移曲线的全过程分析为了进一步研究箍筋约束效应的影响，本文用平面杆系有限元法对钢筋混凝土压弯构件进行了荷载一位移曲线的全过程分析。l计算弯矩一曲率关系时的基本倡定0m．

8、】0Cn_本文采用分层法计算截面的。弯矩一曲率关系，为了考虑箍筋的1‘m约束效应，采取如下的基本假定：(1)构件变形前的横截面在图3配箍率对荷载一位移曲线的影响变形后仍保持为平面：(2)钢筋采用理想弹塑性应力一应变关系+不考虑强化阶段(图5)i(3)受压区混凝土采用文献【41的约束混凝土应力一应变关系(闭6)即囤4配箍率对滞回外包线的影响图5钢筋的应力一应变关系⋯(卅一￡