地震作用下钢筋混凝土柱破坏形式及机理分析_金仁和

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1、第18卷第6期茂名学院学报Vol.18No.62008年12月JOURNALOFMAOMINGUNIVERSITYDec.2008地震作用下钢筋混凝土柱破坏形式及机理分析12金仁和,刘细林(1.茂名学院建筑工程学院,广东茂名5250001;2.东莞市建筑工程质量监督站,广东东莞523076)摘要:根据钢筋混凝土框架柱受震破坏的各种常见现象,从内容组织结构入手,研究分析了钢筋混凝土柱受力变形过程,揭示了它的破坏机理及相应强度的变化规律,认为应当加强在复杂应力状态以及循环加载过程中钢筋混凝土柱的抗剪能力的实验研究,以便更好地发挥钢筋混凝土柱的钢筋和混凝土的共同作用,提高构件与结

2、构的延性。关键词:钢筋砼柱;抗震性能;剪切强度;延性中图分类号:TU375.3文献标识码:A文章编号:1671-6590(2008)06-0069-051前言实践证明,钢筋混凝土结构在一般静力作用时是安全可靠的,然而在地震作用下,设计不尽合理的混凝土结构就会出现不同程度的破坏。钢筋混凝土柱受震破坏,不仅发生在框架结构中,也在其它结构中出现,诸如单层工业厂房的小柱折断,料仓或水塔以及通廊等支架的破坏。例如,1976年唐山地震,开平化工厂某四层现浇钢筋混凝土框架,因柱子破坏而引起房屋全都倒塌,各层楼板叠落在地面;1971年加利福尼亚圣斐南多地震,奥利芙医院底层柱震坏时其层间位移

3、达到60cm;2008年汶川地震更是见到很多框架结构柱发生剪压破坏而引起楼房倒塌的现象。钢筋混凝土柱破坏的后果,不仅造成严重的经济损失,而且会引起大量人员伤亡。钢筋混凝土柱子的抗震特性已引起学者的重视,日本、美国、新西兰等国为如何提高钢筋混凝土柱的抗震性能进行了大量试验研究,我国也在大量实验研究和地震调查研究的基础上根据[1-3]实际国情编制了《混凝土结构设计规范》。本文以钢筋混凝土柱的内部结构为切入点,对它的破坏机理及其相应强度变化规律等进行了研究。2钢筋混凝土柱受震破坏形式钢筋混凝土柱受震破坏形式多种多样。可以说,钢筋混凝土柱受震破坏形式主要取决于柱体内部构造与受力状态

4、的变化。2.1受力状态的影响轴心受压构件在理想状态下承受轴力,当外力增加至(70%～90%)Nu时,柱中出现纵向裂缝,进而在柱的四周出现多道连通纵向裂缝,致使混凝土破碎而坏,如图1a为破坏的边界情况之一。纯弯构件,是先从拉区混凝土开裂,极限内力时受拉钢筋达到屈服或尚未屈服,受压区混凝土破碎而坏,如图1d为破坏边界情况之二。受剪构件,由于混凝土不胜承载主拉力而出现斜裂缝破坏,如图1j为破坏边界情况之三。压、弯、剪复合受力构件的破坏形式,介于上述三种情况之间,在N、M、Q三种内力中,有某种内力相[4-5]对较大,该力就对破坏形式起主导作用,多接近于主导力的破坏形式。如以剪切为主

5、导的图1i(斜拉破坏形式)就接近于纯剪图1j的破坏形式;又如以轴压为主导的压剪图1h形破坏,接近轴压图1a形破坏,如此等等。如果在三种内力中有两种内力相对较大,共同起主导作用,如压、弯起主导作用(剪切力较小),其破坏形式近似如偏心受压构件图1b、图1c形破坏;如以弯、剪起主导作用(轴力较小),则呈弯剪形破坏收稿日期:2008-01-14;修回日期:2008-10-30作者简介:金仁和(1964—),男,湖南岳阳人,在读博士,副教授,从事岩土工程与结构工程研究。70茂名学院学报2008年图1e、图1f,这时既有弯曲裂缝,亦有剪切斜裂缝。图1钢筋混凝土受力破坏形式上述破坏形式,

6、属一般正、斜截面强度破坏形式。此外,钢筋混凝土框架柱的受震破坏,还呈现粘着形破坏,如图1g,它在纵向钢筋周围产生的多数是短斜裂缝,以致顺钢筋外部的周围混凝土剥落,原因是构件受力后,钢筋与混凝土之间的粘结为薄弱环节。破坏形式(见图1),概括区分为:①压弯形破坏(b、c);②弯剪形破坏为剪切受压(e)形,剪切受拉(f)形;③斜拉(i)形破坏;④高压(h)形破坏;⑤粘着(g)形破坏。2.2内部构造的影响钢筋混凝土柱的受震破坏形式,并不单纯决定于内力N、M、Q的作用,也取决于构件本身组成因素。如配箍率较多时,能将剪拉形破坏转变为剪压形破坏,甚至接近于压弯形破坏,当纵向钢筋配筋率较多

7、时,能将大偏心受压形破坏转变为小偏心受压形破坏等。钢筋混凝土柱的破坏形式不同,表明其抗震性能的不同。压弯形(c)破坏的延性较好,其破坏形式属于延性破坏;剪切形(i)、(g)、(f)破坏或高轴压形(h)破坏均属脆性破坏。由此可知,从抗震的延性要求来看,剪切形破坏与高轴压形破坏即斜拉形(i)、剪拉形(f)及高轴压形(h)对抗震最为不利,是产生钢筋混凝土结构震害的关键,在结构分析与设计中应当予以特别关注。3混凝土的断裂、滑移和破碎大偏心受压破坏(c)或剪压破坏(e),由于是先发生钢筋屈服后混凝土压碎,所以具有较好的抗震能