孟二從， 余亞琳， 張 旭， 蘇益聲， 陳宗平

(1.西南大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院, 重慶 400715；2.廣西大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院, 南寧 530004)

再生混凝土(Recycled Aggregate Concrete， RAC)是指將廢棄的混凝土塊進(jìn)行破碎、篩分、清洗，將其部分或全部替代天然骨料配制而成的新型混凝土[1-2]。由于再生骨料表面附著水泥砂漿，并且在骨料破碎過(guò)程中，骨料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量的微裂縫，因而再生骨料本身會(huì)有一定的原始損傷，從而由再生骨料配制出來(lái)的混凝土也會(huì)存在一定的性能缺陷，因而再生混凝土一般常用于非承重結(jié)構(gòu)之中，這一缺陷嚴(yán)重影響了再生混凝土的進(jìn)一步發(fā)展及應(yīng)用[3]，如何解決和彌補(bǔ)這一缺陷是擺在科研工作者面前的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。

當(dāng)混凝土處于三向受壓狀態(tài)時(shí)，其力學(xué)性能及變形能力會(huì)得到大幅度提升[4]，由此想到將再生混凝土填充于鋼管中形成鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)，利用鋼管對(duì)再生混凝土的約束作用，從而達(dá)到改善再生混凝土力學(xué)性能的目的。目前關(guān)于鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)的研究正處于起步階段，并且大多集中于構(gòu)件層面[5-12]，總的研究表明：鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的力學(xué)性能，可推廣應(yīng)于實(shí)際工程之中。而從結(jié)構(gòu)層面的研究還相對(duì)較少，除本課題組前期完成相關(guān)100%取代率全再生鋼管混凝土柱-鋼筋混凝土梁框架的探索性研究外[13-15]，還未發(fā)現(xiàn)其它相關(guān)研究報(bào)道。

在實(shí)際工程中，鋼管混凝土柱-鋼筋混凝土梁框架結(jié)構(gòu)是常見的一種組合結(jié)構(gòu)形式，在相關(guān)圖集規(guī)范如文獻(xiàn)[16-17]中已給出了該類結(jié)構(gòu)的相關(guān)構(gòu)造措施及設(shè)計(jì)方法，相對(duì)而言，關(guān)于該類框架結(jié)構(gòu)的研究已較為成熟。而對(duì)于鋼管再生混凝土柱-再生混凝土梁框架結(jié)構(gòu)，由于再生混凝土與普通混凝土力學(xué)性能上的差異，將鋼管混凝土的相關(guān)設(shè)計(jì)理論直接應(yīng)用于鋼管再生混凝土中顯然是不合適的，因此有必要對(duì)鋼管再生混凝土柱-再生混凝土梁框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究。

與此同時(shí)，在現(xiàn)代建筑中，隨著建筑功能要求的不斷增多，常在某些部位形成短梁，如縱向內(nèi)走廊兩側(cè)布置柱時(shí)出現(xiàn)的大量框架短梁、消防疏散通道、高層建筑中的轉(zhuǎn)換層等部位。短梁上剪應(yīng)力與彎曲應(yīng)力的比值一般較高，因而常常發(fā)生脆性的剪切破壞[18]，一旦這些部位出現(xiàn)損壞，就極有可能出現(xiàn)不可挽回的人員財(cái)產(chǎn)損失。與此同時(shí)，課題組及相關(guān)研究人員關(guān)于再生混凝土材料層面的研究均表明：對(duì)于受剪切破壞的試件，再生混凝土與普通混凝土的破壞機(jī)理是存在差別的，而將其拓展到結(jié)構(gòu)層面，這一差別對(duì)結(jié)構(gòu)的影響程度究竟如何還不清楚。為此，本文在課題組的前期研究基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了3榀不同取代率鋼管再生混凝土柱-再生混凝土短梁框架在低周反復(fù)荷載作用下的抗震性能試驗(yàn)，以此來(lái)研究取代率對(duì)該類框架抗震性能及損傷演變的影響，旨在為鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步理論研究及推廣應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)與制作

3榀框架試件編號(hào)分別記為KJ0、KJ50及KJ100，表示其再生粗骨料取代率分別為0%、50%及100%，框架梁及鋼管內(nèi)的RAC設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40，不同取代率RAC配合比見表1。

鋼管采用Q235B的方鋼管，其壁厚為6 mm，RAC梁截面尺寸為100 mm×200 mm，凈距為1 000 mm，梁內(nèi)縱筋采用HRB400，直徑14 mm的鋼筋，箍筋采用φ6@80 mm，梁柱節(jié)點(diǎn)采用穿筋式連接，為保證梁端傳遞彎矩及梁端鋼筋在節(jié)點(diǎn)處的錨固要求，防止梁端鋼筋在節(jié)點(diǎn)部位的錨固失效，參照文獻(xiàn)[17]提出的穿筋式連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式，試件節(jié)點(diǎn)處鋼筋布置形式為鋼筋從一端穿越，在另一端通過(guò)角鋼與鋼管壁焊接在一起；同時(shí)，為保證“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)要求，在內(nèi)節(jié)點(diǎn)焊接節(jié)點(diǎn)板，框架的相關(guān)構(gòu)造及幾何尺寸見圖1，節(jié)點(diǎn)詳圖見圖2。

澆筑RAC前，首先在鋼管預(yù)定位置處機(jī)械開孔，然后在鋼管底部焊接一塊250 mm×250 mm×8 mm的底板，并在距鋼管底部100～200 mm處，沿著加載方向在鋼管表面各焊接1根I10型鋼，工字鋼的長(zhǎng)度為300 mm，隨后把綁扎好的鋼筋骨架通過(guò)孔洞穿越鋼管，在另一端與角鋼通過(guò)鋼管壁按設(shè)計(jì)要求焊接，以此來(lái)固定兩者之間的位置。框架中的混凝土分三次進(jìn)行澆筑，首先在鋼管中澆筑再生混凝土(立式澆筑)，其次澆筑基座梁，基座梁采用C50的商品混凝土臥式澆筑完成，最后澆筑再生混凝土梁；本試驗(yàn)中，再生混凝土均采用自落式攪拌機(jī)進(jìn)行人工攪拌，先將70%的水與水泥、砂攪拌1 min，攪拌均勻后再將剩余的水及粗骨料投入攪拌2 min，隨后測(cè)其坍落度，并對(duì)每種再生混凝土預(yù)留3組標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊。

表1 再生混凝土配合比Tab.1 Mix proportion of RAC

圖1 框架構(gòu)造及幾何尺寸(mm)Fig.1 Frame construction and geometrical dimensions(mm)

圖2 梁柱節(jié)點(diǎn)詳圖Fig.2 Details of specimen node

1.2 材料性能

再生混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40，按文獻(xiàn)[19]測(cè)得試驗(yàn)時(shí)同等條件養(yǎng)護(hù)下0%、50%、100%取代率標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊抗壓強(qiáng)度值分別為54 MPa、46 MPa及53 MPa；28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下0%、50%、100%取代率標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊抗壓強(qiáng)度值分別為56 MPa、48 MPa及54 MPa。

表2 鋼材實(shí)測(cè)性能Tab.2 Measured mechanical behavior of steels

鋼材材性試驗(yàn)按文獻(xiàn)[20]進(jìn)行，鋼材的力學(xué)性能實(shí)測(cè)值見表2。

1.3 加載裝置及制度

試驗(yàn)加載裝置如圖3所示。試件就位后，首先通過(guò)油壓千斤頂施加豎向荷載至預(yù)設(shè)值(軸壓比為0.2)，隨后通過(guò)量程為500 kN的伺服作動(dòng)器來(lái)施加水平荷載，其加載制度按文獻(xiàn)[21]的相關(guān)規(guī)定，屈服前采用荷載控制，加載增量為10 kN，每級(jí)循環(huán)一次直至屈服；屈服后，采用位移控制，以屈服位移Δy為加載增量(Δy取6 mm)，每級(jí)位移循環(huán)3次，直至荷載下降至峰值荷載的85%左右時(shí)停止試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 破壞過(guò)程及特征

從試件的破壞過(guò)程及特征來(lái)看，3榀試件基本相似。在力控階段，當(dāng)荷載達(dá)到±60 kN左右時(shí)，兩側(cè)梁端在距柱9～18 cm處開始出現(xiàn)彎曲裂縫，隨著荷載的增大，原有裂縫不斷地?cái)U(kuò)展，并不斷出現(xiàn)新的彎曲裂縫；當(dāng)荷載達(dá)到±110 kN左右時(shí)彎曲裂縫已基本出齊，其間距在8～15 cm之間，隨著荷載的進(jìn)一步增大，彎曲裂縫逐漸向斜裂縫演化，當(dāng)荷載達(dá)到±140 kN左右時(shí)，梁端已出現(xiàn)較為明顯的斜裂縫。直至力控加載結(jié)束，橫梁以彎曲裂縫為主，框架柱未見鼓曲的現(xiàn)象，但實(shí)測(cè)鋼管應(yīng)變已達(dá)到屈服。

在位控階段，當(dāng)加載位移為±Δy時(shí)，原有的彎曲裂縫繼續(xù)擴(kuò)展、延伸，并在梁端1/10～1/5跨處，形成較明顯的交叉斜裂縫；當(dāng)加載位移達(dá)到±2Δy時(shí)，原有的彎曲裂縫基本不再延伸發(fā)展，此時(shí)主要以斜裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展為主，斜裂縫與梁軸線的夾角在30°～70°之間，此時(shí)梁端的再生混凝土開始出現(xiàn)被細(xì)微壓酥的痕跡，同時(shí)澆筑混凝土?xí)r殘留在底部鋼管壁上已硬化的水泥砂漿開始剝落；當(dāng)加載位移達(dá)到±3Δy時(shí)，梁保護(hù)層位置處開始形成縱向的劈裂裂縫，且斜裂縫逐漸形成主交叉裂縫，其寬度顯著擴(kuò)大；當(dāng)加載位移達(dá)到±4Δy時(shí)，縱筋保護(hù)層處的混凝土開始剝離脫開，同時(shí)柱底的應(yīng)變片也開始脫落；當(dāng)達(dá)到±5Δy時(shí)，主斜裂縫區(qū)域的保護(hù)層被掀起，柱底有較為明顯的鼓曲手感；當(dāng)達(dá)到±6Δy時(shí)，鋼管柱底的鼓曲現(xiàn)象已較為明顯， 此時(shí)正負(fù)向荷載均已下降到峰值荷載的85%，停止加載。加載結(jié)束后試件的典型破壞形態(tài)見圖4。

與課題組前期完成的1榀100%取代率鋼管再生混凝土柱-再生混凝土梁框架(梁為一般淺梁)[14]破壞形態(tài)對(duì)比可知，鋼管再生混凝土柱-再生混凝土短梁框架在破壞過(guò)程中，梁的破壞形態(tài)并沒(méi)有呈現(xiàn)出延性的彎曲破壞特征，而是呈剪切破壞特性，梁上也未形成明顯的彎曲塑性鉸。由此可知，在鋼管再生混凝土框架結(jié)構(gòu)中，在形成短梁的部位，要特別注意其安全保護(hù)，以防止其在強(qiáng)震下的突然剪切破壞。

圖4 試件典型破壞形態(tài)Fig.4 Typical specimen failure mode

2.2 滯回曲線

圖5為試件實(shí)測(cè)滯回曲線，由圖可知，在整個(gè)加載過(guò)程中，3榀不同取代率試件的滯回曲線均未發(fā)生明顯捏縮現(xiàn)象，總體上均呈飽滿的梭形，表明鋼管再生混凝土柱-再生混凝土短梁框架依然具有良好的抗震耗能性能，RAC的存在并沒(méi)有顯著降低框架的耗能能力。

圖5 試件滯回曲線Fig.5 Hysteretic curves of specimens

2.3 骨架曲線

試件的骨架曲線見圖6，由圖可知：不同取代率試件骨架曲線形狀較為相似，試件的受力過(guò)程基本均可劃分為3個(gè)工作階段，即彈性工作階段、彈塑性工作階段、快速破壞階段。

在彈性階段試件骨架曲線近乎重合，說(shuō)明取代率對(duì)結(jié)構(gòu)初始剛度影響不大。當(dāng)達(dá)到峰值荷載后，曲線下降段存在著一些差別，100%取代率試件的下降幅度略大于50%取代率試件，而兩者的下降幅度要明顯大于取代率為0%的試件，這主要是因?yàn)樵偕橇显谄扑檫^(guò)程中產(chǎn)生了一定原始損傷，使得其內(nèi)部存在著一定的細(xì)微裂縫，此外由于再生骨料表面附著有部分水泥砂漿等原因，使得其強(qiáng)度要小于普通天然骨料，相關(guān)RAC材料性能的試驗(yàn)研究表明[2]：當(dāng)RAC試件在多軸應(yīng)力下發(fā)生剪切破壞時(shí)，其破壞面會(huì)出現(xiàn)在界面處或沿著骨料被劈開，而對(duì)于普通混凝土試件，其破壞面處的骨料均呈現(xiàn)粉碎性破壞；在本試驗(yàn)中，框架的破壞主要從再生混凝土短梁發(fā)生剪切破壞開始，而對(duì)于不同取代率試件(50%、100%)，其破壞過(guò)程存在著一定的波動(dòng)性，從而導(dǎo)致100%取代率試件的下降幅度略微大于50%取代率試件，但兩者的下降幅度均要明顯大于取代率為0%的試件。

與此同時(shí)，從骨架曲線上看，KJ0的正向承載能力要高于其它兩個(gè)再生混凝土試件，而其反向承載能力則要低于其它兩個(gè)再生混凝土試件，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能與試件在受力過(guò)程中的損傷演變有關(guān)：對(duì)于普通鋼管混凝土試件KJ0，由于其使用的混凝土材料不像再生混凝土那樣存在著一定的原始損傷，從而使得其正向加載的承載能力要高于其它兩個(gè)再生混凝土試件；而當(dāng)試件達(dá)到其正向承載能力之后，試件內(nèi)部的累積損傷已經(jīng)很大，并且當(dāng)其所受荷載越大，其內(nèi)部所累積的損傷也會(huì)越大，因而當(dāng)達(dá)到正向峰值荷載時(shí)，試件KJ0內(nèi)部的損傷程度要大于其它2個(gè)試件；同時(shí)，因試件的加載順序是先正向后反向， 從而使得KJ0在達(dá)到正向峰值荷載后的下一循環(huán)反向加載作用下，其承載能力要弱于其它2個(gè)內(nèi)部損傷較小的試件，從而出現(xiàn)了這一現(xiàn)象。

圖6 試件骨架曲線Fig.6 Skeleton curves of specimens

2.4 特征點(diǎn)參數(shù)

表3為試件在各特征點(diǎn)處的實(shí)測(cè)值，其中，Py為試件屈服荷載，由等能量法確定，Pm為峰值荷載，Pu為破壞荷載(取峰值荷載下降到85%時(shí)對(duì)應(yīng)的荷載值)；Δy(θy)、Δm(θm)、Δu(θu)分別為各特征點(diǎn)荷載對(duì)應(yīng)的位移(層間位移轉(zhuǎn)角)；u為試件的位移延性系數(shù)，μ=Δu/Δy。

表3 特征點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Test results of characteristic points

3 抗震性能指標(biāo)分析

3.1 承載能力

圖7為試件在屈服及峰值點(diǎn)處正負(fù)向荷載平均值。由圖可知，不同取代率試件的屈服荷載、峰值荷載均相差不大，相比于取代率為0%的試件，50%及100%試件的屈服荷載、峰值荷載波動(dòng)幅度均在5%以內(nèi)，說(shuō)明外部鋼管可以有效約束RAC的相關(guān)性能缺陷，使得RAC與普通混凝土達(dá)到了相近的力學(xué)性能，從而使得各試件承載能力的變化不大。這與文獻(xiàn)[11]從構(gòu)件層面的研究結(jié)論相一致，這也進(jìn)一步說(shuō)明了取代率對(duì)鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)抗震承載能力的影響相對(duì)較小。由此可知：在鋼管再生混凝土柱-再生混凝土短梁框架結(jié)構(gòu)之中，取代率對(duì)其承載能力影響不大。

圖7 試件在屈服及峰值點(diǎn)處正負(fù)向荷載平均值Fig.7 Average load of specimens at yield and peak point

3.2 層間位移轉(zhuǎn)角

試件屈服時(shí)的層間位移轉(zhuǎn)角θy在1/107～1/95之間，均遠(yuǎn)大于規(guī)定的限值(對(duì)于多、高層鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，這一規(guī)定限值分別為1/250與1/550[22])，表明鋼管再生混凝土柱-再生混凝土短梁框架在彈性階段的變形能力能夠較好的滿足要求，可以保證其在正常使用階段的舒適度要求；試件破壞時(shí)的層間位移轉(zhuǎn)角θu在1/39～1/36之間，均遠(yuǎn)大于規(guī)定限值(鋼筋混凝土框架與多、高層鋼結(jié)構(gòu)均為1/50)，表明在罕遇地震下，該結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抗倒塌能力。

3.3 延性系數(shù)

圖8為不同試件的延性系數(shù)。由圖可知，3榀試件的平均延性系數(shù)均未達(dá)到3，這主要是因?yàn)榭蚣芰菏嵌塘?，而短梁主要發(fā)生的是剪切脆性破壞，從而導(dǎo)致了該結(jié)構(gòu)的延性相對(duì)較差；此外，相對(duì)于KJ0，KJ50和KJ100在正負(fù)向的平均延性系數(shù)分別下降了9.70%和20%，說(shuō)明在鋼管再生混凝土柱-再生混凝土短梁框架中，隨著取代率的增加，其延性會(huì)逐漸變差。

圖8 試件延性系數(shù)Fig.8 Ductility coefficients of specimens

課題組前期研究成果表明，對(duì)于鋼管再生混凝土柱-再生混凝土梁框架(梁為一般淺梁)，其延性系數(shù)大于3，由此可知，當(dāng)鋼管再生混凝土框架結(jié)構(gòu)存在再生混凝土短梁時(shí)，其延性較一般的鋼管再生混凝土柱-再生混凝土梁框架會(huì)變差。

3.4 耗能性能

表4為每級(jí)循環(huán)位移下第一次循環(huán)的等效黏滯阻尼系數(shù)he[15]實(shí)測(cè)值，圖9為各級(jí)循環(huán)位移下試件的he變化情況。

由表4及圖9可知：試件的he均隨著加載位移的增大而增大，說(shuō)明隨著加載位移的增加，試件的滯回環(huán)越來(lái)越飽滿，耗散的能量也越來(lái)越多，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試件的he值均達(dá)到了0.3以上，表現(xiàn)出了良好的抗震耗能性能；隨著取代率增加，試件在各加載位移處的he并沒(méi)有呈現(xiàn)明顯變小的變化規(guī)律，甚至在4Δ后，呈現(xiàn)出變大的變化趨勢(shì)。由此說(shuō)明，相比于普通鋼管混凝土框架，鋼管再生混凝土框架的抗震耗能性能并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的削弱趨勢(shì)。

表4 各試件實(shí)測(cè)的等效黏滯阻尼系數(shù)heTab.4 Measured he at various level displacement

圖9 各級(jí)循環(huán)位移下試件的heFig.9 The he of specimens at each cyclic displacement

3.5 剛度退化

圖11為試件在加載過(guò)程中的割線剛度退化曲線，其中Kj1為試件在第j加載級(jí)第1循環(huán)時(shí)的割線剛度，其計(jì)算公式為試件在第j加載級(jí)第1循環(huán)的正負(fù)向最大荷載(+Fj1和-Fj1)的絕對(duì)值之和與相應(yīng)的位移(+Δj1和-Δj1)絕對(duì)值之和的比值，即：

(1)

由圖11可知，試件的剛度退化呈現(xiàn)如下規(guī)律：

(1)試件的剛度退化速率均呈先快后慢的趨勢(shì)，是因?yàn)樵诩虞d初期，隨著再生混凝土梁不斷出現(xiàn)裂縫以及鋼管內(nèi)部再生混凝土不斷開裂損傷等原因，使得試件的割線剛度快速退化；隨后，當(dāng)試件屈服后，再生混凝土梁的裂縫基本出齊，柱底塑性鉸逐漸形成等原因，使得試件的剛度退化速率逐漸變緩。

圖10 各級(jí)循環(huán)位移下試件剛度退化Fig.10 Stiffness degradation at each cyclic displacement

(2)不同取代率試件的剛度退化曲線近乎重合，這主要是因?yàn)橥獠夸摴艿拇嬖诳梢杂行浹a(bǔ)再生混凝土的相關(guān)性能缺陷，從而使得不同取代率試件的剛度退化曲線近乎重合，這與文獻(xiàn)[11]從構(gòu)件層面的研究結(jié)論相一致，這也進(jìn)一步說(shuō)明了取代率對(duì)鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)剛度退化的影響不是很大。由此可知，在鋼管再生混凝土柱-再生混凝土短梁框架結(jié)構(gòu)之中，取代率對(duì)其剛度退化的影響相對(duì)較少。

4 損傷演變分析

作為一種新型組合結(jié)構(gòu)形式，對(duì)其在地震作用下的損傷演變進(jìn)行分析是必不可少的過(guò)程，目前從結(jié)構(gòu)層面對(duì)鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下?lián)p傷演變的研究還近乎空白。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)外對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷評(píng)估的模型不止一種[23]，本文則基于Park-Ang雙參數(shù)損傷評(píng)估模型[24]對(duì)鋼管再生混凝土柱—再生混凝土短梁框架在地震作用下的損傷演變進(jìn)行分析，該模型表達(dá)式為

(2)

該模型綜合考慮了累積滯回耗能和最大變形對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件損傷的影響，因而應(yīng)用較為廣泛。在該模型中，由于累積損傷的存在，δu必然大于δm，參考文獻(xiàn)[25]的研究成果，取δm=0.62δu；對(duì)于一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其耗能因子β可按式(3)進(jìn)行計(jì)算：

β=(-0.447+0.073λ+0.24n0+0.314ρt)0.7ρv

(3)

式中：λ為剪跨比，n0為軸壓比，ρt為縱筋配筋率，ρv為箍筋體積配箍率，因該計(jì)算公式是基于大量鋼筋混凝土構(gòu)件的試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果經(jīng)回歸分析而得，因而將該公式直接應(yīng)用于鋼管再生混凝土框架結(jié)構(gòu)之中顯然是不合適的，故在本文中，采用對(duì)耗能因子β進(jìn)行反推的計(jì)算方法，即令試件在破壞時(shí)D=1，從而反推計(jì)算得β值，按此方法，計(jì)算得KJ0、KJ50及KJ100的耗能因子β值分別為0.069 7、0.065 7及0.067 7。

將計(jì)算所得β值代入式(2)，可求出各級(jí)循環(huán)位移下試件在第3次循環(huán)時(shí)的累積損傷指標(biāo)D，其結(jié)果如圖13所示。

由圖可知，隨著加載位移增加，試件累積損傷指標(biāo)D表現(xiàn)出先慢后快的增加趨勢(shì)；在加載初期，取代率對(duì)試件損傷演變的影響不是很大，在相同位移下，不同取代率試件的損傷指標(biāo)D近乎重合；但隨著加載位移的增加，試件的損傷程度隨著取代率增加而呈逐漸增大的變化趨勢(shì)，當(dāng)加載位移達(dá)到5Δy時(shí)，相比于KJ0，KJ50及KJ100的損傷指標(biāo)D分別增加了3.16%及10.39%。這主要是因?yàn)樵诩虞d初期，外部鋼管對(duì)RAC有著良好的約束作用，使得再生骨料的相關(guān)性能缺陷及初始損傷對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái)，但隨著加載位移的增加，RAC梁逐漸破壞，外部鋼管逐漸鼓曲，使得再生骨料的相關(guān)性能缺陷及初始損傷帶來(lái)的影響逐漸突顯出來(lái)，從而表現(xiàn)出隨著加載位移的增加，試件的損傷程度隨著取代率增加而呈逐漸增大的變化趨勢(shì)。

圖11 基于Park-Ang損傷模型下試件累積損傷指標(biāo)DFig.11 Acumulated damage index D of specimens based on Park-Ang damage model

文獻(xiàn)[23]利用Park-Ang損傷評(píng)估模型從構(gòu)件的層面對(duì)鋼管再生混凝土柱的損傷演變進(jìn)行了分析，其研究表明，對(duì)于方鋼管再生混凝土柱，在同一加載位移下，隨著取代率的增加，試件損傷指標(biāo)D呈逐漸增大的變化趨勢(shì)，這與本文從結(jié)構(gòu)層面的研究結(jié)論相一致，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了本文分析的準(zhǔn)確性。由此說(shuō)明，隨著加載位移的增加，方鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下的損傷程度隨取代率的增加而呈逐漸增大的趨勢(shì)。

5 結(jié) 論

(1)不同取代率試件的受力過(guò)程基本均可劃分為3個(gè)工作階段，即彈性工作階段、彈塑性工作階段、快速破壞階段。

(2)相比于鋼管再生混凝土柱-再生混凝土淺梁框架，鋼管再生混凝土柱-再生混凝土短梁框架試件的破壞模式并非延性的彎曲破壞，而是呈脆性的剪切破壞特性，其延性性能也要差于淺梁框架試件。

(3)試件滯回曲線呈現(xiàn)為飽滿的梭形，表明鋼管再生混凝土柱-再生混凝土短梁框架具有良好的抗震耗能性能；其在正常使用階段的變形能夠保證舒適度的要求，在罕遇地震作用下也表現(xiàn)出了良好的抗倒塌能力。

(4)取代率對(duì)試件破壞過(guò)程及形態(tài)、承載能力、初始彈性剛度及剛度退化影響較小，但對(duì)骨架曲線下降段、延性性能有一定影響，表現(xiàn)為隨著取代率的增加，試件下降段有變陡趨勢(shì)，而其延性則逐漸變差。

(5)試件剛度退化速率呈先快后慢的變化趨勢(shì)，累積損傷指標(biāo)D則呈先慢后快的增加趨勢(shì)，在加載初期，取代率對(duì)試件損傷程度影響不是很大，隨著加載位移的增大，試件的損傷程度隨著取代率增加而呈逐漸變大的趨勢(shì)。