剪跨比对近海洋环境下型钢混凝土柱力学性能影响研究

  剪跨比对近海洋环境下型钢混凝土柱力学性能影响研究

董金爽1，公衍茹1

海南大学 土木建筑工程学院，海南海口，570228

摘要: 为研究剪跨比对近海洋环境下锈蚀型钢混凝土柱的力学性能的影响，共设计3根型钢混凝土柱试件。试验结果表明：随剪跨比的增大，试件的承载能力、延性性能等都逐渐降低，尤其是小剪跨比的型钢混凝土柱，其降低幅度更大。由此表明，在近海洋大气环境下，应严格限制型钢混凝土柱的剪跨比。

关键词: 型钢混凝土柱；剪跨比；近海洋大气环境；力学性能

1 引言

近海大气环境下较高水平的氯离子浓度及空气湿度是导致混凝土结构力学性能劣化的最主要因素之一[1]｡目前，国内外对氯离子侵蚀下RC柱的抗震性能展开了大量的研究｡蒋连接等[2]、RAJPUT等[3]通过拟静力试验，分析了不同钢筋锈蚀程度与不同轴压比变化对锈蚀RC桥梁柱力学性能的影响｡郑山锁等[4-7]通过人工气候模拟试验方法对RC框架柱、框架梁及低矮RC剪力墙等构件的恢复力模型进行了拟静力试验研究。型钢混凝土 (SRC) 框架柱因其承载能力高，抗震性能好，在高地震烈度地区及高层建筑得到了广泛的应用｡而对于型钢混凝土(SRC)框架柱在高浓度氯离子环境下的力学性能研究尚不多见，因此尚需开展这方面的研究工作。

鉴于此，对3根缩尺比为1:2的SRC框架柱试件进行加速腐蚀，进而对腐蚀后试件进行拟静力加载试验，对其力学性能进行研究。

2 试验概况

试验共设计3根缩尺比为1:2的型钢混凝土柱试件，设计剪跨比分别为1.85、2.35、3.25。试件具体尺寸如图1。

图1试件尺寸

图1 试验试件加载装置示意图

3 试验结果及分析

3.1 恢复力特征曲线

将采集的各试件的水平荷载-位移曲线绘制于图中，得到的各试件恢复力特征曲线(荷载P-位移Δ曲线)如图2示。

(a) 试件SRC-1                 (b) 试件SRC-2               (c) 试件SRC-3

图2试件恢复力特征曲线

随剪跨比的增加，试件由剪切变形过渡到弯曲变形，小剪跨比下，试件为剪切破坏，其滞回曲线饱满度较差，延性能力差，水平承载力下降及刚度退化较快；大剪跨比下，试件为弯曲破坏，其滞回曲线较饱满，延性能力较好，达到最大水平荷载后，承载力下降较为缓慢，耗能较强。

3.2 承载能力及延性分析

延性是反映结构（构件）在地震作用下变形的重要指标，常用位移延性系数表示，表达式为μ=Δm/Δy，Δm为破坏位移，Δy为屈服位移。

表1 试件特征点荷载及位移

注：荷载P：kN，位移Δ：mm。

(1) 随着剪跨比的增大，锈蚀试件的抗剪能力降低，屈服荷载、峰值荷载减小，相比于剪跨比为1.4的试件SRC-1，剪跨比为3.25的试件SRC-3的屈服荷载、峰值荷载分别降低了55.2%、57.4%。

表2 各试件变形能力

注：位移Δ：mm。

(2) 随着剪跨比增大，试件的抗弯能力增大，其延性系数逐渐增大，剪跨比由1.40增加至1.85、2.35、3.25时，其延性系数分别增加11.2%、14.6%、19.2%。

4 结论

随着剪跨比的增大，试件的承载能力、延性性能等都逐渐降低，尤其是小剪跨比的型钢混凝土柱，其降低幅度更大，钢材锈蚀对小剪跨比的型钢混凝土柱的抗震性能影响更为显著。因此，综合考虑各项因素，在近海洋大气环境中进行结构(构件)的抗震设计时应严格控制型钢混凝土柱的剪跨比。

参考文献

[1]鲍玖文,庄智杰,张鹏,等.基于相似性的海洋潮汐区环境混凝土抗氯盐侵蚀性能研究进展[J].材料导报,2021,35(7):7087-7095.

[2]蒋连接,袁迎曙.反复荷载下锈蚀钢筋混凝土柱力学性能的试验研究[J].工业建筑,2012,42(2):66-69.

[3]RAJPUT A S, SHARMA U K. Corroded reinforced concrete columns under simulated seismic loading[J]. Engineering Structures,2018,171( 4) : 453-463.

[4]尚志刚,郑淏,郑山锁,等.一般大气环境下锈蚀RC框架梁恢复力模型[J].湖南大学学报(自然科学版), 2021,48(5):29-38.

[5]周炎,郑山锁,龙立,等.氯离子侵蚀下RC框架结构时变抗震性能研究[J].工程力学,2020,37(7): 214-222.

[6]郑山锁,周炎,李强强,等.氯离子侵蚀下低矮RC剪力墙抗震性能试验研究[J].工程力学,2019,36(12): 69-78.

[7]郑山锁,杨威,赵彦堂,等. 人工气候环境下锈蚀RC 弯剪破坏框架梁抗震性能试验研究[J].土木工 程学报,2015,48(11):27-35.

基金项目：海南省海南省自然科学基金(520RC544)。

作者简介：董金爽（1989-）工学博士，讲师，Email：mlcxll@163.com。

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收稿日期：

基金项目：海南省海南省自然科学基金(520RC544)。

作者简介：董金爽（1989-）工学博士，讲师，Email：mlcxll@163.com。