短柱现状与发展.ppt

主要内容：,一、引言二、研究背景三、短柱判别方法四、短柱抗震性能的研究现状五、发展前景六、结语,近几年来由于地震灾害屡屡发生，造成了巨大的经济损失和惨重的人员伤亡。结构抗震显得尤其重要，短柱在地震中的破坏尤为严重。本文重点介绍了提高短柱抗震性能的现状及其发展前景，对今后短柱抗震的研究具有一定的指导意义。,一、引言,二、研究背景,随着工程结构向大跨、高耸、重荷载方向发展，结构底部竖向构件的轴向承载力需求不断增大，高层建筑的重载柱若采用普通钢筋混凝土柱，则易形成短柱，难以满足抗震延性的需求。,普通钢筋混凝土柱,缺点：1、柱截面尺寸非常大，浪费空间；2、浪费材料；3、形成剪跨比较小的短柱，发生脆性剪切破坏，难以满足抗震延性的需求。,必须重视,建筑抗震设计对结构构件有明确的延性要求。为满足规程对轴压比限值的要求，柱子的截面往往比较大，在结构底部常常形成短柱甚至超短柱。另外，由于许多特殊建筑使用荷载大，层高较低，在设计中不可避免地会出现短柱。,要对短柱采取一些构造措施，提高其延性和抗震性能。,二、研究背景,二、研究背景,二、研究背景,二、研究背景,二、研究背景,二、研究背景,二、研究背景,缺点：判断不准确，仅适于反弯点位于或接近柱高中部的情况。,简单方法：,三、短柱判别方法,图1短柱设计示意图,三、短柱判别方法,理论方法：剪跨比小于等于2,优点：分析更可靠。,三、短柱判别方法,1、箍筋加密法：按不同的抗震等级采取不同的箍筋直径与间距，见表1。,表1加密区箍筋的最大间距与最小直径,四、短柱抗震性能的研究现状,图2复合箍示意图,2、复合箍法：常见形式有井字形复合箍，菱形复合箍，八角形复合箍，见图2。,四、短柱抗震性能的研究现状,优点：部分纵筋内移并使粘结应力分布到混凝土内部，使“X”形纵筋承担部分剪力，以避免柱发生剪切破坏。,图3配置“X”筋示意图,3、配置“X”筋法：部分纵筋沿柱对角线方向成斜向交叉配置，见图3。,四、短柱抗震性能的研究现状,表2构件明细及试验结果,图4所示为X形配筋短柱构件在反复荷载作用下的骨架曲线图，其中Z3-1未配X形筋，而其余三个构件只在配筋方式上不同，其他参数都相同（见表2）。,图4骨架曲线图,四、短柱抗震性能的研究现状,优点：破坏形态由剪切型转化为弯曲型，实现了短柱变“长柱”的设想。,图5分体柱示意图,4、分体柱法:柱中沿竖向用分隔板将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋，见图5。,四、短柱抗震性能的研究现状,试验滞回曲线比较,四、短柱抗震性能的研究现状,（a）整体柱滞回曲线,（b）分体柱试件滞回曲线,图6整体柱与分体柱滞回曲线比较,优点：使柱的承载力大大提高，从而有效地减小柱的截面尺寸和提高柱的延性及抗震能力。,图7钢骨混凝土柱截面示意图,5、钢骨混凝土柱法：由钢骨和外包混凝土组成，见图7。,四、短柱抗震性能的研究现状,试验滞回曲线比较,（a）钢筋混凝土柱滞回曲线,（b）钢骨混凝土柱滞回曲线,图8滞回曲线比较,试件轴压比为0.3，其他条件相同。,四、短柱抗震性能的研究现状,优点：混凝土处于三向受压状态，从而提高其抗压承载力和极限压应变，并改善其延性与抗剪承载力。,图9钢管混凝土柱示意图,6、钢管混凝土柱法：由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，见图9。,四、短柱抗震性能的研究现状,优点：加强对脆性较大的高强混凝土的约束，减小柱子截面尺寸，同时可有效提高延性，从而避免“短柱”破坏。,图10芯柱示意图,7、芯柱法：在钢筋混凝土柱的核心区集中配置钢筋、并设置约束箍筋，见图10。,四、短柱抗震性能的研究现状,试验滞回曲线比较,四、短柱抗震性能的研究现状,（a）配置复合箍筋的普通短柱滞回曲线,图11滞回曲线比较,（b）加芯混凝土短柱滞回曲线,试件剪跨比为2.42，轴压比为0.6。,8、玻璃纤维（GERP）加固法：湖南大学的肖岩教授对GERP加固钢筋混凝土桥梁短柱抗震性能做了研究。所做工作：制作了三个剪跨比1.5的短柱，进行逆静力试验，并进行非线性有限元分析，见图12。结论与成果：GERP加固的短柱发生延性弯曲破坏而非脆性剪切破坏，而且具有很好的变形能力和耗能能力。,四、短柱抗震性能的研究现状,图12两组反复荷载作用下短柱滞回曲线对比图,四、短柱抗震性能的研究现状,（a）普通短柱滞回曲线,（b）GERP加固短柱滞回曲线,图13加固过程示意图,9、碳纤维布包裹法：天津大学赵彤和天津城市建设学院陈培奇、周晓洁进行了碳纤维布对钢筋混凝土短柱抗震性能改善效果的研究，见图13。,四、短柱抗震性能的研究现状,所做工作：试验对9根试件分为两组通过不同的加固方式进行了抗震性能研究。试件加固情况见表3。,表3试件加固情况一览表,四、短柱抗震性能的研究现状,剪跨比为1.0时:,（a）试件-1,（b）试件-2,（c）试件-4,图14试件组典型滞回曲线比较,四、短柱抗震性能的研究现状,（a）试件-1,（b）试件-2,（c）试件-4,图15试件组典型滞回曲线比较,四、短柱抗震性能的研究现状,剪跨比为1.5时:,结论与成果：经过碳纤维布横向包裹加固的短柱，其延性在不同程度上得到改善，改善程度和碳纤维布的强度、层数、短柱剪跨比等因素有关，总的来说改善效果显著，滞回环面积明显增大，说明构件的耗能能力增大，延性提高。,四、短柱抗震性能的研究现状,四、短柱抗震性能的研究现状,10、纤维-钢骨超高强混凝土复合加固法：大连理工大学贾金青教授对纤维-钢骨超高强混凝土短柱抗震性能做了研究。所做工作：对13根纤维-钢骨超高强混凝土短柱的抗震性能进行了研究。对破坏形态和变形耗能能力进行了探讨，分析了纤维体积含量、种类及配箍率、钢骨几个因素对其抗震性能和抗剪承载力的影响。,结论与成果：1、纤维的加入，增大骨料的咬合力，提高纵筋和箍筋的粘结力和握裹力，延缓裂缝开展，增大纵筋销栓力，大大降低了箍筋和纵筋的应变，提高了受压区的抗压能力和直剪能力，并且随着纤维体积含量的增加这种作用愈来愈明显。2、低配箍率下，延性随纤维体积含量的增大而提高的幅度大，反之则小些；在总造价基本相同的条件下，钢纤维对短柱延性改善程度更为明显一些。,四、短柱抗震性能的研究现状,四、短柱抗震性能的研究现状,11、预应力钢板箍加固法：华侨大学郭子雄教授对预应力钢板箍加固钢筋混凝土短柱抗剪性能进行了研究。所作工作：1、进行了9个配箍构造未满足规范要求的RC方形短柱加固试件的单调加载试验；2、探讨了预应力箍板加固的受剪机理，分析了各主要参数对加固柱受剪承载力的影响。,图16施加预应力后的试件,四、短柱抗震性能的研究现状,结论与成果：1、增强了箍板对混凝土的主动约束，延迟了主斜裂缝的产生和发展，并使试件在加载后期发生弯剪破坏。2、用预应力钢板箍加固RC短柱可大幅提高短柱的抗剪承载力。3、预应力钢板箍加固RC短柱，可防止试件出现脆性破坏，即使出现剪切破坏，试件仍具有一定的延性。,四、短柱抗震性能的研究现状,五、发展前景,1、建议对超高强纤维混凝土的基本力学性能进行全面深入分析，以完善超高强混凝土短柱的应用范围；2、地震荷载作用后构件的残余变形，对短柱是否破坏、是否可修、是否可以立即用于震后救灾抢险和救灾抢险工作的顺利开展以及检验加固方法有效性具有决定性作用，是加固研究的重要课题；3、由于实际待加固试件均为具有不同程度损伤的既有建筑，故针对原结构损伤及受力状态，对预应力可能缓解二次受力结构应变滞后的程度开展研究。,前7种是一些传统的方法，使用比较广泛；而后4种是较新型的加固方案，还处