轴压比对近海洋环境下型钢混凝土柱力学性能影响研究

 轴压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: 为研究轴压比对近海洋大气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：随轴压比增加，试件的承载能力虽有所提高，但延性性能及耗能能力不断降低。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轴压比。研究结果可为近海洋大气环境下型钢混凝土柱进一步研究及工程设计提供有益参考。

关键词: 型钢混凝土柱；轴压比；近海洋环境；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]｡因此开展近海大气高盐雾环境下氯离子侵蚀混凝土结构力学性能劣化研究，对其工程应用意义重大｡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｡Lee等[2]、罗小勇等[3]、贡金鑫等[4]､Yang等[5]采用电化学方法对混凝土内部钢筋进行加速锈蚀的方法，通过拟静力试验，研究不同氯离子侵蚀程度下RC框架柱力学性能劣化规律。

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

2.1 试件设计

试验共设计3根缩尺比为1:2的型钢混凝土柱试件，轴压比分别为0.3、0.6、0.9，剪跨比为1.40。试件具体尺寸及配筋形式如图1示。

图1试件尺寸

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。由图2可知：

(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

随着荷载的增大，各试件恢复力特征曲线包围的面积逐渐增大且呈曲线状，柱根部出现不同程度的水平纵向裂缝，试件耗能主要以不可恢复弹塑性变性能为主，荷载与位移不再保持线性关系，位移增速大于荷载，刚度退化显著，卸载后有明显残余变形，试件处于弹塑性工作阶段。

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、耗能能力的重要指标，常用位移延性系数表示。由表1可知：

表1 各试件变形能力

注：位移Δ：mm。

随着轴压比的增大，锈蚀试件屈服荷载、峰值荷载增大，轴压比由0.3增加至0.6、0.9时屈服荷载分别增加4.7%、19.6%，其峰值荷载分别增加3.2%、19.4%。

3.3 耗能能力分析

计算结果如表2示。

表2试件耗能指标

1

较轴压比0.3，轴压比0.6、0.9试件的在极限点的耗能能力分别下降18.1%、24.2%，功比系数分别下降7.6%、4.8%，表明在近海洋大气环境下对结构(构件)进行设计时应严格控制型钢混凝土柱的轴压比。

4 结论

锈蚀程度相同的型钢混凝土柱，随着轴压比的增大，试件的承载能力、各特征点荷载及刚度不断增大，但其延性性能、耗能能力及残余变形呈现降低或减小的趋势，试件表现出脆性破坏的特性。因此在实际工程中，对近海大气环境中型钢混凝土柱构件进行设计时应严格显著其轴压比。

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]LEE H S, KAGE T, NOGUCHI T, et al. An experimental study on the retrofitting effects of reinforced concrete columns damaged by rebar corrosion strengthened with carbon fiber sheets[J]. Cement & Concrete Research, 2003,33(4): 563-570.

[3]罗小勇,程俊峰,龙昊,等.锈蚀钢筋混凝土柱抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2021,42(4):69-79.

[4]贡金鑫, 仲伟秋, 赵国藩. 受腐蚀钢筋混凝土偏心受压构件低周反复性能的试验研究[J]. 建筑结构学报,2004, 25(5): 92-97.

[5]YANG S Y,SONG X B,JIA H X,et al. Experimental research on hysteretic behaviors of corroded reinforced concrete columns with different maximum amounts of corrosion of rebar [J].Construction & Building Materials,2016,121: 319-327.

1

收稿日期：

基金项目：海南省海南省自然科学基金(520RC544)， 海南省重大科技计划项目(ZDKJ201803)，国家自然科学基金(52068019)。

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