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配置高强钢棒的混凝土框架结构抗震性能的试验研究

赵华 袁维光 魏丞瑾 冷东航 陈鹏

赵华, 袁维光, 魏丞瑾, 冷东航, 陈鹏. 配置高强钢棒的混凝土框架结构抗震性能的试验研究[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250036
引用本文: 赵华, 袁维光, 魏丞瑾, 冷东航, 陈鹏. 配置高强钢棒的混凝土框架结构抗震性能的试验研究[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250036
ZHAO Hua, YUAN Weiguang, WEI Chengjin, LENG Donghang, CHEN Peng. Experimental Study on Seismic Performance of Concrete Frame Structures Reinforced with High-Strength Steel Bars[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250036
Citation: ZHAO Hua, YUAN Weiguang, WEI Chengjin, LENG Donghang, CHEN Peng. Experimental Study on Seismic Performance of Concrete Frame Structures Reinforced with High-Strength Steel Bars[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250036

配置高强钢棒的混凝土框架结构抗震性能的试验研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20250036
详细信息
    作者简介:

    赵华 (1976—),女,副教授,博士,研究方向为混凝土结构抗震,E-mail:zhaohua@cdut.edu.cn

    通讯作者:

    袁维光 (1986—),男,讲师,博士,研究方向为混凝土结构抗震研究,E-mail:yuanweiguang19@cdut.edu.cn

  • 中图分类号: TU398.203

Experimental Study on Seismic Performance of Concrete Frame Structures Reinforced with High-Strength Steel Bars

  • 摘要:

    为实现钢筋混凝土框架结构震后损伤小、快速修复及恢复其使用功能的要求,设计3榀1/2缩尺的混凝土框架(1榀为普通钢筋混凝土框架,2榀为配置高强钢棒的混凝土框架)进行拟静力试验,研究混凝土框架结构在往复荷载作用下的破坏形态,探讨梁柱等构件配置高强钢棒后对框架结构的滞回曲线、骨架曲线、残余变形、可修复性等抗震性能指标和自复位能力的影响. 研究结果表明:框架梁柱中配置高强钢棒可有效提高框架结构的整体承载能力和变形能力, 与普通钢筋混凝土框架相比,试件NHGS2.5A15和试件HGHGS2.5A15表现出良好的位移硬化效应,其极限承载分别提高23%和57%,极限荷载对应的位移也分别提高50%和60%;其残余变形小,可修复率高,具有良好的自复位能力和可修复性.

     

  • 图 1  高强钢棒

    Figure 1.  HG bars

    图 2  试件的尺寸及配筋详图

    Figure 2.  Dimensions and reinforcement details of specimens

    图 3  位移计布置

    Figure 3.  Displacement gauge arrangement

    图 4  应变片布置

    Figure 4.  Strain gauge arrangement

    图 5  试件加载装置及加载制度

    Figure 5.  Loading setup and loading program of specimen

    图 6  各试件的破坏形态

    Figure 6.  Failure modes of specimens

    图 7  荷载-位移角滞回曲线

    Figure 7.  Load–displacement hysteretic curves

    图 8  骨架曲线

    Figure 8.  Skeleton curves

    图 9  各试件的刚度退化

    Figure 9.  Stiffness degradation of specimens

    图 10  各试件柱主筋应变

    Figure 10.  Main bar strain of columns in each specimen

    图 11  各试件梁主筋应变

    Figure 11.  Main bar strain of beams in each specimen

    图 12  各试件的等效黏滞阻尼系数

    Figure 12.  Equivalent viscous damping ratio of each specimen

    图 13  各试件的残余变形

    Figure 13.  Residual deformation of each specimen

    图 14  各试件的可修复概率

    Figure 14.  Repairable probability of each specimen

    图 15  各试件的可修复概率

    Figure 15.  Repairable probability of each specimen

    表  1  试件主要参数

    Table  1.   Main parameters of specimens

    试件编号 柱配筋 梁配筋
    纵筋 箍筋 纵筋 箍筋
    NNS2.5A15 8ϕ16
    (2.6%)
    ϕ8@80
    (1.25%)
    2ϕ16
    (0.8%)
    ϕ8@90/180
    (1.12%)
    NHGS2.5A15 14HG12.6
    (2.8%)
    HGHGS2.5A15 3HG12.6
    (0.83%)
    注:括号内的数字为配筋率.
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    表  2  高强钢棒和普通钢筋的力学性能

    Table  2.   Mechanical properties of HG bars and ordinary reinforcing bars

    钢筋类型 直径/
    mm
    屈服强度/MPa 屈服应
    变/×10−6
    极限抗拉强度
    /MPa
    断后伸长率
    /%
    弹性模
    量/MPa
    HRB400e 8 446.5 2500 657.1 14.1 2.07 × 105
    HRB400e 16 422.3 2400 587.0 15.3 2.05 × 105
    高强钢棒 12.6 1343.3 7600 1434.8 3.8 1.97 × 105
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    表  3  混凝土的力学性能

    Table  3.   Mechanical properties of concrete

    混凝土强度
    等级
    立方体抗压
    强度/MPa
    轴心抗压
    强度/MPa
    弹性模量/GPa
    C40 39.44 26.38 32.4
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    表  4  各试件的极限荷载和极限位移

    Table  4.   Ultimate loads and displacement of specimens

    试件编号 $ {V}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}}^{ + } $/kN $ {R}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}}^{ + } $/% $ {V}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}}^{-} $/kN $ {R}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}}^{-} $/% $ {V}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}} $/kN $ {V}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}} $ 相对值 $ {R}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}} $/% $ {R}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}} $ 相对值
    NNS2.5A15 297.70 2.49 −270.60 −2.49 284.20 1.00 2.49 1.00
    NHGS2.5A15 369.10 3.48 −333.60 −4.00 349.80 1.23 3.74 1.50
    HGHGS2.5A15 469.20 3.99 −422.90 −3.98 446.00 1.57 3.99 1.60
    注:$ {V}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}}^{ + } $($ {V}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}}^{-} $)为推(拉)方向最大水平荷载, $ {R}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}}^{ + } $($ {R}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}}^{-} $)为 $ {V}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}}^{ + } $($ {V}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}}^{-} $)对应的位移角, $ {V}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}} $ 为 $ {V}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}}^{ + } $ 和 $ {V}_{\mathrm{e}\mathrm{x}\mathrm{p}}^{-} $的平均值.
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  • 收稿日期:  2025-01-22
  • 修回日期:  2025-04-23
  • 网络出版日期:  2025-07-18

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