施工缝柱与整浇柱伪静力试验对比研究

施工缝柱与整浇柱伪静力试验对比研究

0结构体系的安全试验钢筋混凝土支架是建筑结构的重要支撑部分。另一方面，它不仅具有垂直过载，而且具有承受水平风荷载和地震的功能。这的重要性显而易见。因此，钢筋混凝土框架柱的强度是国内外科学家和工程技术人员开展研究的主题。近年来，对钢筋混凝土支架的研究主要集中在钢筋混凝土柱、纤维混凝土柱、钢筋混凝土柱和自致密混凝土柱上。然而，这些试验和试验中获得的柱的性能是由完成的整柱检测的，这与实际设计不符。事实上，由于施工组织和施工工艺的原因，钢筋混凝土立柱的连续制备往往是不可能的。通常，在梁底高度以下20.30mm的位置设置水平安装缝，并在梁板表面的高度上调整。这些部位是受弯矩和剪切力最大的部位。如果它具有地震效应，是否会削弱柱的抗疲劳动性能，是值得重视的。因此，本文对钢筋混凝土支架的低周重复负荷试验和评价柱的抗弯效应进行了比较研究，并对钢筋混凝土支架的抗弯效应进行了正确评价。1构件结构及浇筑工况本试验旨在研究低周反复荷载作用下,施工缝及其处理方法对现浇钢筋混凝土框架柱的力学性能和抗震性能的影响.试验采用力-位移混合控制加载方式.在开始加载到构件屈服采用力控制;构件屈服后,改用屈服位移的整数倍为级差作为回载控制点,每一位移下循环一次.试验构件取用柱上下反弯点至节点的长度,试件尺寸200mm×200mm×1500mm,柱中间节点处两侧各设一加荷牛腿.为防止柱头破坏,柱上、下两端箍筋加密,柱头加10mm厚钢板.混凝土设计强度等级为C30,设计体积配箍率为1.57%,纵筋配筋率为1.13%,试件剪跨比为2.75.构件的尺寸和配筋图如图1所示.为与工程实际相符合,全部试件均采用立模浇筑.浇筑工况分3种:整浇,不带施工缝;留施工缝,但继续浇筑新混凝土前,不铺砂浆层;留施工缝,在继续浇筑新混凝土前,铺一层10mm厚与柱混凝土相同配合比的水泥砂浆.不带施工缝的柱作为对比试件,一次浇筑完成.带施工缝的柱先浇下部柱和加荷牛腿部分,3d后再浇筑上部柱,在浇筑之前,清除已硬化混凝土表面上的松动石子和软弱土层,并加以湿润.所有柱在试验之前都用TICO混凝土超声波测试仪进行无损检测,重点测试了施工缝及其附近混凝土的浇筑质量.所有施工缝浇筑质量合格.试验在大连理工大学结构试验室5000kN压弯试验机上进行,试件的固定装置由【】形框架组成,框架中部水平安放两个2000kN液压千斤顶,施加往复荷载.整个装置置于5000kN压弯试验机平台上,试验装置示意图详见文献.2试验结果的分析2.1破坏特征描述本次试验整浇柱和带有施工缝的柱主要发生3种形式的破坏:(1)破坏时主裂缝的发展设计轴压比为0.3的柱发生的都是这种形式的破坏.整浇柱与有施工缝柱的初始开裂荷载相差不大,初始开裂部位也基本一致.但破坏时主裂缝的发展却不相同.整浇柱和施工缝经过砂浆处理的柱子的主裂缝发展相似,都是集中在柱根部和距节点80～100mm处;而施工缝未经处理的柱子,主裂缝只有柱根部一条,即施工缝是其主裂缝.破坏时上柱与节点之间混凝土已经完全分离,只有钢筋相连.在轴压力和剪力的反复作用下,节点部位也有部分混凝土脱落.(2)浇柱初始开裂设计轴压比为0.467的柱发生的都是这种形式的破坏.整浇柱与有施工缝柱的初始开裂荷载相差不大,但是初始开裂部位却不同.整浇柱初始开裂在距柱节点60mm左右的部位.而有施工缝的柱或者是在施工缝处先开裂,或者是在施工缝处和距节点100mm左右的部位同时开裂.破坏时主裂缝的发展也不相同.整浇柱破坏时在柱根部并没有裂缝;而施工缝未处理的柱子在施工缝处有一条明显的主裂缝;施工缝经过砂浆处理的柱子除在施工缝处有一条细裂缝外,在节点上部和下部各有一条主裂缝,在柱边缘钢筋保护层处与施工缝连成一体.(3)柱施工缝对构件的初始开裂位置的影响.设计轴压比为0.8的柱发生的都是这种形式的破坏.除施工缝未处理的柱初始开裂在施工缝处外,整浇柱和施工缝经过砂浆处理的柱子均在柱身首先开裂.破坏时有施工缝的柱子在施工缝处都有开裂,但并不是主裂缝.施工缝只对柱的初始开裂位置有影响,而对柱最后破坏的主裂缝发展并没有影响.从以上的试验现象可以看出,在低轴压比的情况下,柱施工缝对构件的初裂荷载和破坏都是有一定影响的,尤其在施工缝未经处理的情况下.而高轴压比下,施工缝和整浇柱的破坏相似,施工缝影响不大.2.2滞回曲线上的滑移图2～4是设计轴压比为0.3的柱的滞回曲线图.与整浇柱相比,施工缝未处理柱的滞回曲线不光滑,有明显的捏缩,从卸载曲线上看,主筋在混凝土中有较大量的滑移.从滞回曲线上可以看出,有施工缝的构件在施工缝开裂后,柱刚度会明显下降.2.3轴压比的影响试验结果如表1、2所示,其中CMC、CU、CM分别代表整浇柱、施工缝未处理柱、施工缝表面砂浆处理柱.屈服位移采用R.Park方法求得,与其相应的水平荷载为试件的屈服荷载;极限位移取滞回曲线包络线下降段相应于0.85倍最大峰值荷载处的水平位移.表中Py、Pm、Pu分别代表屈服荷载、峰值荷载、极限荷载;Δy、Δm、Δu分别代表屈服位移、峰值位移、极限位移;fcu代表立方体抗压强度;n代表设计轴压比;μΔ代表位移延性;μ代表正反向位移延性的平均值.由试验结果可见:施工缝对柱的强度影响并不大,在低轴压比时,有施工缝的柱子强度可以达到整浇柱的93%以上;在高轴压比的情况下,施工缝铺砂浆层柱的强度接近于整浇柱,而未铺砂浆层的施工缝柱的强度反而要高于整浇柱.从延性上看(如图5所示):在不同轴压比下,整浇柱延性变化较大,坡度较陡;而施工缝未铺砂浆柱的延性变化相对较小,坡度较缓.在中、低轴压比下,有施工缝柱的延性明显小于整浇柱,其中施工缝未铺砂浆柱的延性只有整浇柱的70%左右;随着轴压比的逐渐增加,这种差距越来越小,到轴压比0.8时,施工缝未铺砂浆柱的延性已经高出整浇柱约40%.在中、低轴压比下,施工缝铺砂浆层柱的延性明显好于未铺砂浆层的柱,延性提高最大可达20%;而在高轴压比下,施工缝铺砂浆层柱的延性高于整浇柱约20%,低于未铺砂浆层的柱约20%.2.4轴压比对整浇柱骨架刚度的影响因为在低周反复荷载作用下,柱开裂处的干摩擦效应是不对等的,正反方向力作用下的细微裂缝也是不对称的,而且在加载过程中,总有一个方向先达到更大的加载值,这样导致了滞回环图形不对称.为便于分析比较,将正反两个方向的试验结果取平均值,得到平均恢复力骨架曲线如图6所示.从不同轴压比下的恢复力骨架曲线上可以看出,整浇柱的骨架曲线与有施工缝柱的骨架曲线的承载力和刚度变化趋势都是不同的.在低轴压比下,整浇柱的屈服刚度和屈服后刚度高于有施工缝的柱,其中施工缝未处理柱的屈服刚度要明显偏低,整浇柱与有施工缝柱的下降段刚度变化趋势相似(如图6(a)所示);从承载力上看,整浇柱高于有施工缝的柱.在0.467设计轴压比下,整浇柱和施工缝砂浆处理柱的屈服刚度略高于施工缝未处理柱,整浇柱下降段刚度明显高于有施工缝柱,整浇柱屈服后刚度与有施工缝柱的变化趋势相似(如图6(b)所示);从承载力上看,整浇柱略高于有施工缝的柱.在高轴压比下,整浇柱下降段刚度退化较有施工缝柱大很多,而有施工缝柱的下降段刚度要平缓很多;整浇柱的屈服刚度和屈服后刚度与有施工缝柱的变化趋势相似;从承载力上看,施工缝未处理柱的强度高于整浇柱和施工缝砂浆处理柱的强度.3施工缝柱抗震性能不高原因分析从上面的试验结果和分析可见,有施工缝柱在强度、延性、刚度等方面,都要比整浇柱有所降低.尤其在中、低轴压比下,有施工缝柱的抗震性能明显低于整浇柱.下面将对有施工缝柱抗震性能降低的原因进行分析.3.1混凝土施工缝处裂缝宽度过大导致柱破坏效应有施工缝柱的强度和延性低于整浇柱是由浇筑过程和施工方法导致的.整浇柱是一次浇筑完成的,在节点上部没有施工间歇;而有施工缝柱是先浇下部柱,3d后再继续浇筑上部混凝土.首先对于柱来说,一次浇筑深度比较大,混凝土粗骨料在浇筑和振捣过程中容易下沉,导致水泥浆上浮,水灰比增大,孔隙率增加.因为缺乏粗骨料,浮浆层的强度必然要低于下层混凝土.另一方面,当在施工缝处继续浇筑新混凝土时,由于粗骨料的自重大,易在该处形成石子密集区.这样就很有可能在施工缝的新、旧接槎处形成一个相对比较薄弱的混凝土层.浮浆层和骨料密集区的存在,破坏了混凝土集料本身应有的随机分布,很容易在钢筋周围出现高孔隙率、砂浆沉积和骨料分离现象,影响了钢筋与混凝土之间的有效粘结.这样在压、剪复合力的反复作用下,施工缝处自然会先于混凝土本体产生裂缝,在中低轴压比下,由于轴压力所提供的抗剪摩擦力相对较小,施工缝处的细小裂缝很快就会发展成为主裂缝,导致柱破坏.同时施工缝也是导致钢筋在混凝土中产生滑移的主要原因.因此应该采取必要的措施防止施工缝处裂缝宽度过大导致柱破坏.3.2抗剪强度的测定国内外试验表明:施工缝会降低构件的抗拉和抗剪能力.日本学者对施工缝抗拉强度的试验研究表明:未做处理的水平施工缝的抗拉强度只有整浇混凝土的45%;如果水平缝表面削去1mm,再抹砂浆,抗拉强度会提高到整浇混凝土的96%.管大庆等对浇筑间歇为3d的新老混凝土水平界面抗剪性能的研究结果表明:表面不做处理的长方体试块(150mm×150mm×300mm)的抗剪强度只有整浇试块的17.7%;而表面刷糙,铺一层与混凝土同配合比砂浆的试块的抗剪强度是整浇试块的61.8%.本试验也做了施工缝的劈拉试验,结果未铺砂浆层的水平施工缝的抗拉强度是整浇混凝土的77%;施工缝处铺一层约5mm厚与混凝土同配合比水泥砂浆的施工缝的抗拉强度是整浇混凝土的90%;并且如果破坏只是单纯发生在粘结面上,那么劈拉强度还要降低10%～20%.以上的试验都表明,在拉力和剪力的作用下,施工缝处是很薄弱的.在低轴压比下,施工缝处未铺砂浆层柱的混凝土开裂正好发生在新、老混凝土的粘结面上,使得上下层混凝土不能有效地共同工作,尤其在混凝土受拉一侧,施工缝已经张开,拉力主要由钢筋承担,剪力则主要由受压区混凝土接缝面的摩擦力与骨料咬合力和通过施工缝的钢筋的销栓作用承担.因此在受拉区钢筋与混凝土产生了大量的滑移,构件开裂后,刚度退化很快,滞回曲线出现明显捏缩.3.3未铺砂浆层施工缝铺砂浆层可以有效改善施工缝面的性能.我国《混凝土工程施工及验收规范》规定:已浇筑的混凝土抗压强度不应小于1.2MPa;应清除已硬化混凝土表面上的水泥薄膜、松动石子和软弱土层,并加以充分湿润,冲洗干净,且不得积水;在浇筑混凝土前,宜先在施工缝处铺一层水泥浆或水泥砂浆.但是实际施工中有很多施工单位并不能按照规范要求执行,常常不铺砂浆层就直接浇筑新混凝土了.因此本试验也对未铺砂浆层的施工缝进行了研究,但得到的结果说明,这层砂浆层是不能省的.水泥浆主要用于包裹混凝土中的骨料,使之凝结硬化成坚硬的水泥石.如果施工缝表面不铺砂浆层,那么新混凝土中就会有一部分水泥浆渗透到老混凝土中去,同时重力和机械振动力的作用,会使新混凝土中的骨料下沉并挤压在老混凝土的表面,很容易在接槎处形成缺胶现象.铺砂浆层既能使老混凝土表面充分浸润,又可避免水泥浆体的流失,增强施工缝处混凝土的粘结力;同时有效保护施工缝接缝面的摩擦力和骨料咬合力,以及通过施工缝的钢筋的销栓作用所提供的抗剪承载力,达到提高构件的抗剪强度和延性的作用.尤其在轴压比较低,轴压力所提供的抗剪摩擦力较小的情况下,砂浆层所起的作用就更显著了.在本试验中,铺砂浆层的施工缝柱在低轴压比下的延性要比未铺砂浆层的柱提高约20%.在试验中发现,当施工缝处理得比较好时,滑移剪切破坏的平面并不会发生在施工缝处或者说并不是以施工缝处的剪切滑移为主,而是位于施工缝水平面上、下两层的混凝土中.4低轴压比下施工缝柱的抗侧力(1)施