往复水平力作用下 CFS 约束混凝土柱变形能力试验研究

 

李 静 1 ， 钱稼茹 1 ， 蒋剑彪 2

1 ．清华大学土木工程系，北京 100084 ； 2 ．北京特希达科技有限公司，北京 110037)

[ 摘 要 ] 介绍了 8 根碳纤维布 (CFS) 约束的混凝土柱和 1 根混凝土柱在竖向力和往复水平力作用下的试验。研究缠绕 CFS 的混凝土柱的屈服后变形能力。结果表明，缠绕 CFS ，可以使混凝土柱具有良好的屈服后变形能力；增大纤维特征值能增大变形能力；为了达到同样大的变形能力，轴压比大的混凝土柱的纤维特征值应比轴压比小的混凝土柱大；但纤维特征值大于一定值后，增大纤维特征值对提高混凝土柱屈服后变形能力的作用不大，轴压比对 CFS 约束混凝土柱的变形能力的影响也不大。

[ 关键词 ] 碳纤维布 (CFS) ； 混凝土柱； 变形能力； 试验研究

[ 中图分类号 ] TU528.01 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1002 — 3550(2004)08 — 0022 — 05

Experimental study on deformation capacity Of CFS confined concrete columns Subjected lateral loading

LI jing 1 ， QIANJia-ru 1 ，／ JIANG Jian-biao 2

(1 ． Civil Engineering Department Of Tsinghua University ， Beijing 100084 ， China ；

2 ． Beijing Texida Technical Limited Company ， Beijing ll0037 ， China)

Abstract ： Experiment Of 8 carbon fiber sheet(CFS) confined concrete columns and l reinforced concrete column subject — ed tO constant vertical load and cyclic lateral load is introduced ． The post-yield deformation capacity Of CFS confined columns is investigated ． The results show that columns confined with CFS have excellent post-yield deformation capacity ， increasing Of the CFS confinement degree increases the deormantion capacity ； To obtain the same deformation capacity columns with larger axial force ratio should have larger confinement degree ． The results also show that if the confinement degree is large enough ， the increase Of confinement degree has little effect On the enhancement Of deformation capacity ， the influence Of axial force ratio On the deformaton capacity Of CFS confined columns is little ．

Key words ： carbon fiber sheet(CFS) ， reinforced concrete column; deformation capacity ； experimental study

碳纤维布 (CFS) 具有轻质、高强、耐腐蚀、耐久、施工方便等特点。用环氧树脂将 CFS 粘贴缠绕在混凝土柱的塑性铰区，使塑性铰区成为约束混凝土、以改善混凝土柱的抗震性能尤其是提高其屈服后变形能力，是 CFS 的主要工程应用之一。对 CFS 约束混凝土柱的屈服后变形能力，我国虽有研究 [1,2] ，但尚不够。

本文通过 CFS 约束混凝土柱在竖向力和往复水平力作用下的试验，研究其屈服后变形能力即延性，变化参数为：轴压比和 CFS 的缠绕量即约束程度。

1 试验概况

1 ． 1 试件

共完成了 2 组 CFS 约束混凝土柱的反复加载试验。第一组 5 个试件，轴压比试验值为 0 ． 41~0 ． 47 ，换算成设计值，约为 0 ． 78~0 ． 89 ，其中一个为未缠绕 CFS 的对比试件，其余 4 个式件的 CFS 的缠绕量分别为少于 1 层、 2 层和 3 层，缠绕高度为柱底以上 500mm ；第二组为 4 个试件，轴压比试验值为 0 ． 22 ～ 0 ． 251 换算成设计值，约为 0.42~0 ． 48 ， 4 个试件的 CFS 的缠绕量分别为少于 1 层、 1 层、 2 层和 3 层，缠绕高度为 600mm 。试件的截面为 250mm × 250mm 、高为 1200mm ，水平力的加载点高度为 1085mm ，剪跨比为 4 ． 34 。缠绕 CFS 的试件，四个角打磨成圆弧，半径为 15mm 。试件按“强剪弱弯”的原则设计，纵筋为 4 φ 16 ，屈服强度实测值 f t y 为 375MPa ，箍筋为φ 6 ～ 100 ，体积配箍率为 0 ． 56 ％。试件尺寸、配筋等见图 1 。 试件的参数列于表 1 。

CFS 的厚度 t 为 0 ． 111mm ，抗拉强度 f 的实测值为 4013MPa ，拉伸模量 E 的实测值为 241GPa ，极限拉应变 的实测值为 0 ． 01665 。

1 ． 2 试验装置

试件固定在台座上；水平荷载采用一个固定在反力墙上的千斤顶往复推拉施加；施加竖向荷载的千斤顶固定在滑动小车上，能随试件水平位移而滑动。

1 ． 3 加载方式

首先施加竖向力，在试验过程中保持不变，然后施加水平往复荷载。水平反复荷载采用荷载—变形混合控制方法。在试件纵筋受拉屈服前采用荷载控制，分三级加载至屈服；屈服后采用位移控制，每一位移循环加载 2 次，直至试件破坏 ( 水平荷载下降至峰值荷载的 85 ％或更小 ) 。在试验过程中，根据各试件具体情况确定控制卸载的位移值。

1. 4 量测

竖向荷载和水平荷载用力传感器量测；两个水平位移计分别安装在距柱底 950mm 和 600mm 处，见图 1 ；纵筋的应变片贴在距柱底 15mm 处；箍筋的应变片贴在距柱底 40mm 处的一道箍筋上； CFS 的拉应变由贴在距柱底 40mm 处的变片量测。

用 IMP 分散式计算机数据采集系统采集试验数据。此系统每秒能采集 600 个通道的数据，保证了记录数据的连续性和完备注；可以同时监视四个测点的数据，显示任意两个通道的相关曲线，并且通过电子表格显示所有通道采集的数据。

2 试验结果