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        不同縱筋直徑對(duì)RC框架梁抗震性能影響研究★

        2020-06-05 05:01:28
        山西建筑 2020年12期
        關(guān)鍵詞:縱筋設(shè)計(jì)規(guī)范抗震

        申 震

        (1.中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所,黑龍江 哈爾濱 150080;2.中國(guó)地震局地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 150080)

        0 引言

        近年來,隨著建筑業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,鋼筋混凝土(RC)框架梁的抗震性能成為研究的重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)RC框架梁的抗震性能做了諸多的研究。鄭山鎖和左和山等[1]研究了一般大氣環(huán)境下低剪跨比RC框架梁抗震性能試驗(yàn),給出了在酸雨侵蝕的不同時(shí)期,酸化深度的不同,RC框架梁的承載力、剛度和耗能能力的變化規(guī)律。易偉建和余東等[2]對(duì)HRB500級(jí)RC梁開裂性能進(jìn)行了研究,推導(dǎo)的框架梁端最大負(fù)彎矩作用下的裂縫寬度計(jì)算式可供工程實(shí)踐和規(guī)范修訂參考。趙勇和譚丁等[3]進(jìn)行了配置高強(qiáng)箍筋混凝土框架梁端抗震性能試驗(yàn)研究,其成果分析了均約束應(yīng)力(ρsvfyv)的影響,并利用試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析了中國(guó)、美國(guó)和日本相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的受剪承載力計(jì)算公式。

        既有的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)存量較多,服役期跨度較大,存在大量按照不同版本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)的工程,導(dǎo)致了我國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震能力存在顯著差異。RC框架梁作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的主要受力構(gòu)件,研究其在不同標(biāo)準(zhǔn)、年代規(guī)范要求下,因縱筋直徑造成的抗震能力差異,為開展既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估提供一種理論依據(jù)。

        因此,本文針對(duì)框架梁縱筋直徑的最低要求總結(jié)了不同年代《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[4-6]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[7-9]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[10-12]《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[13,14]相關(guān)條款的對(duì)比。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了3個(gè)采用不同縱筋直徑的RC框架梁有限元模型,基于ABAQUS有限元分析軟件對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬,定量給出了不同框架梁抗震能力的差異,為開展抗震能力評(píng)估提供一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的定性能力判別。

        1 各年代版本規(guī)范對(duì)比

        在各年代版本規(guī)范中,對(duì)框架梁的縱筋直徑有著不同的要求,且隨著規(guī)范的修訂,這一要求逐漸上升。文中總結(jié)了三個(gè)年代的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中的框架梁縱筋直徑要求,見表1~表3。

        1.1 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范

        表1 各版本《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)梁縱筋直徑的規(guī)定

        由表1可以看出,89版規(guī)范、01版規(guī)范、10版規(guī)范對(duì)于梁最小縱筋直徑要求相同,一、二級(jí)框架梁不小于2φ14,且應(yīng)不小于縱筋中較大截面面積的1/4;三、四級(jí)應(yīng)不小于2φ12。89版規(guī)范規(guī)定一、二級(jí)框架梁均應(yīng)不大于柱在該方向截面尺寸的1/20,01版規(guī)范對(duì)圓形截面柱進(jìn)行了補(bǔ)充,10版在01版基礎(chǔ)上又對(duì)其他結(jié)構(gòu)類型框架梁最大鋼筋直徑進(jìn)行了補(bǔ)充。

        1.2 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

        表2 各版本《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)梁縱筋直徑的規(guī)定

        表2中89版、02版、10版混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)于高不小于300 mm的梁要求未做改變。對(duì)于高度小于300 mm的梁,在89版規(guī)范基礎(chǔ)上,02版規(guī)范由6 mm提高到8 mm。

        1.3 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程

        表3 各版本《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對(duì)梁縱筋直徑的規(guī)定

        由表3可知,高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的各年代規(guī)范對(duì)于梁縱筋直徑要求沒有變化。一、二級(jí)抗震等級(jí)框架梁應(yīng)不小于14 mm,三、四級(jí)框架梁應(yīng)不小于12 mm。

        1.4 建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)

        表4 各版本《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)梁縱筋直徑的規(guī)定

        表4中,95版本規(guī)范未對(duì)RC框架梁縱筋直徑進(jìn)行要求。09版本要求一、二級(jí)應(yīng)不小于2φ14,且應(yīng)不小于梁縱筋中較大截面面積的1/4,三、四級(jí)應(yīng)不小于2φ12。

        各年代版本規(guī)范控制縱筋最低直徑,可避免出現(xiàn)少筋破壞,對(duì)裂縫的開展有一定的抑制作用,保證梁的剛度和抗剪承載力??v筋直徑過大時(shí),易發(fā)生超近破壞,不利于現(xiàn)場(chǎng)施工,且節(jié)點(diǎn)區(qū)空間較小,造成梁在反復(fù)荷載作用時(shí)鋼筋發(fā)生滑移。

        2 數(shù)值模擬

        為了研究不同縱筋直徑對(duì)RC框架梁抗震能力的影響,本文依據(jù)文獻(xiàn)[15]中試件進(jìn)行建模。模型原型為4榀幾何與材料參數(shù)相同的RC框架梁(λ=5),截面尺寸均為150 mm×250 mm,長(zhǎng)度為1 300 mm,箍筋為φ6@60,試件模板配筋見圖1。有限元模型見圖2。混凝土彈性模量3.0×104MPa,軸心抗壓強(qiáng)度為20.56 MPa。

        本文根據(jù)文獻(xiàn)[15]中試件尺寸,設(shè)計(jì)了三種縱筋直徑不同的工況,如表5所示。

        表5 構(gòu)件的基本特征

        構(gòu)件施加水平往復(fù)周期荷載,得到累積滯回耗能曲線如圖3所示,骨架曲線如圖4所示。

        由圖可見,各試件滯回曲線形狀基本相似,比較飽滿,說明我國(guó)RC梁抗震能力較為優(yōu)秀。鋼筋直徑越大,滯回環(huán)更加飽滿,梁的塑性變形能力更強(qiáng),具有更好的耗能和抗震能力。

        由構(gòu)件的荷載—位移骨架曲線可知,縱筋為φ16的梁與縱筋為φ14的屈服荷載相差22.80%,峰值荷載相差22.27%。縱筋為φ14的梁與縱筋為φ12的屈服荷載相差12.36%,峰值荷載相差22.58%。以縱筋為φ12梁抗震能力為1,則φ14為1.23,φ16為1.50。

        3 結(jié)語

        RC框架梁的抗震能力隨縱筋直徑增大而提高,φ12梁抗震能力為1,φ14為1.23,φ16為1.50。本文通過總結(jié)各個(gè)不同年代、不同版本規(guī)范中的RC梁縱筋直徑要求,并定量給出了不同鋼筋直徑下RC梁的抗震能力差別,可為以后開展既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估提供依據(jù)。

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