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【摘 要】在低周反复荷载作用下，进行了3根用混凝土和外包钢板复合加固钢筋混凝土短柱和1根对比钢筋混凝土短柱的抗震性能研究，试验研究的参数为轴压比和外包钢板厚度，表明用混凝土和外包钢板复合加固可有效提高钢筋混凝土短柱的抗震承载力。
【关键词】RC短柱；外包钢板；抗震性能
一、试验设计
试验共设计了4个试件，其中1个为对比试件，剪跨比为1.3，其余3个为加固试件，剪跨比为0.65，试件为工字形。短柱截面尺寸为200mm × 200mm，高400mm，纵筋为4 20，箍筋为 6.5@100，混凝土设计强度为C35。加固后的短柱截面为300mm × 300mm，外围是整体包成的截面为300mm × 300mm的钢板套箍，4块钢板在角部用角焊缝连接，套箍内部用C35细石混凝土浇筑。试验考虑的主要参数有轴压比、外包钢板厚度等。
二、试验过程
试验时，一次性施加竖向荷载到预定值，并在整个试验过程中保持为定值。水平往复荷载由水平千斤顶施加。整个试验过程中，以水平往复荷载和柱顶水平位移的滞回曲线监控。构件屈服前，按荷载控制，分级加载，每次荷载增加20kN，循环1次；构件屈服后，按柱顶水平位移控制加载，每次增加位移为屈服位移的0.5倍，在每级位移下，荷载循环2次。对比柱在纵筋的根部、箍筋上粘贴应变片；加固柱除在纵筋的根部、箍筋上粘贴应变片外，考虑到对称性，还在外包钢板的底部、距底部1/4柱净高处、1/2柱净高处的中间和角部粘贴应变片，用以量测在水平荷载作用下剪力在柱高度范围内的分布情况。
三、结果分析
试件3的受力过程为：先将轴力一次性加至195kN，在试验过程中保持轴力不变，当推力P=100kN时，柱根部出现少量水平裂缝，裂缝宽度为0.05mm，纵筋及箍筋应变呈线性增长，滞回曲线基本呈线性上升趋势；随着荷载的增加，当拉力达到P=140kN时，柱侧面根部出现2条平行的45度斜裂缝；当推力P=160kN时，柱侧面根部相对的位置也出现2条平行的45度斜裂缝；当拉力P=160kN时，柱侧面出现贯通柱头柱根的45度裂缝，原有的裂缝加宽，试件顶点位移也增长迅速；当推力P=180kN时，柱侧面出现相反的贯通柱头柱根的45度裂缝，与前一条贯通柱头柱根的45度裂缝相交，柱纵筋处混凝土出现纵向粘结破坏裂缝并伴有混凝土的爆裂声，同时，箍筋应变骤增，并达到屈服，构件达到最大承载力；随后荷载急速下降，短柱发生剪切破坏。加固柱以试件1为例，加以简单说明。从施加水平力开始，试件1的顶点水平位移与往复水平力一直呈线性关系，当推力P=280kN时，短柱的顶点水平位移开始与水平推力呈非线性关系增加，从这时开始，加固短柱的刚度开始降低；当推力P=320kN时，钢板与柱头、钢板与柱基出现水平相对错动，并在后加固混凝土短柱上表面出现少量可见裂缝，宽度约为0.05mm，裂缝方向与短柱面垂直；当推力P=360kN时，在加固柱受拉侧钢板下边与柱基上表面间出现水平间隙；当拉力P=360kN时，同样，在加固柱受拉侧钢板下边与柱基上表面间出现水平间隙，随后，随着水平荷载的增加，加固柱受拉侧钢板下边与柱基上表面间水平间隙也在增宽；当推力P=460kN时，荷载达到最大值，然后，钢板从焊缝处开裂，试件破坏。其余加固柱的受力过程基本相似，最后，均以钢板焊缝开裂而发生破坏。
从我们做的实验可以看出：1.在水平荷载作用下，剪力沿加固柱柱高范围内的分布基本相同；2.从水平荷载作用开始，钢板上的应变很小，对应于骨架曲线上的线性阶段，由原短柱混凝土和短柱内部的箍筋两者共同承担剪力；随着荷载的增加，钢板上的应变开始增大，原短柱内部开始产生裂缝，原先由混凝土承担的剪力的一部分传给了钢板，再加上水平荷载的继续增加，因此，钢板上的应变开始增大，剪力由短柱混凝土、箍筋、外包钢板3部分共同承担，这一阶段对应于骨架曲线的非线性上升阶段；随着水平荷载的增加，短柱内部的混凝土破碎，外包钢板上的焊缝开始开裂，最后，以试件上钢板焊缝开裂而破坏。整个过程与试件的受力过程基本吻合，这说明加固柱的钢板与柱本身结合良好，基本形成了整体。由以上分析可见，外包钢板所起的作用与箍筋所起的作用是一致的，除了外包钢板本身提供了抗剪作用外，在受力过程中，钢板还限制了混凝土的过早开裂，使混凝土本身的抗剪承载力有了一定的提高。
四、结论
根据上述试验研究结果和理论分析可以得出下列结论：1.采用混凝土与外包钢板复合加固的方法，可限制斜裂缝的开展，有效提高短柱的抗剪承载力；2.外包钢板对短柱的抗剪作用类似于箍筋，除与混凝土整体共同承受反复循环的剪力外，还能防止纵筋过早压屈和增强对混凝土核心的约束，但它比箍筋的约束更为直接，可有效防止混凝土表面的剥落；3.本文提出的混凝土和外包钢板复合加固短柱的斜截面抗剪承载力的计算方法，与试验结果拟合较好，对实际工程设计提供了一定的参考价值。
参考文献：
[1]韩继云.建筑抗震加固技术规程[S].北京：科技出版社，2010-7.
[2]程昌熟.外包钢筋混凝土加固柱正截面承载力理论分析[M].2008-9.
【关键词】RC短柱；外包钢板；抗震性能
一、试验设计
试验共设计了4个试件，其中1个为对比试件，剪跨比为1.3，其余3个为加固试件，剪跨比为0.65，试件为工字形。短柱截面尺寸为200mm × 200mm，高400mm，纵筋为4 20，箍筋为 6.5@100，混凝土设计强度为C35。加固后的短柱截面为300mm × 300mm，外围是整体包成的截面为300mm × 300mm的钢板套箍，4块钢板在角部用角焊缝连接，套箍内部用C35细石混凝土浇筑。试验考虑的主要参数有轴压比、外包钢板厚度等。
二、试验过程
试验时，一次性施加竖向荷载到预定值，并在整个试验过程中保持为定值。水平往复荷载由水平千斤顶施加。整个试验过程中，以水平往复荷载和柱顶水平位移的滞回曲线监控。构件屈服前，按荷载控制，分级加载，每次荷载增加20kN，循环1次；构件屈服后，按柱顶水平位移控制加载，每次增加位移为屈服位移的0.5倍，在每级位移下，荷载循环2次。对比柱在纵筋的根部、箍筋上粘贴应变片；加固柱除在纵筋的根部、箍筋上粘贴应变片外，考虑到对称性，还在外包钢板的底部、距底部1/4柱净高处、1/2柱净高处的中间和角部粘贴应变片，用以量测在水平荷载作用下剪力在柱高度范围内的分布情况。
三、结果分析
试件3的受力过程为：先将轴力一次性加至195kN，在试验过程中保持轴力不变，当推力P=100kN时，柱根部出现少量水平裂缝，裂缝宽度为0.05mm，纵筋及箍筋应变呈线性增长，滞回曲线基本呈线性上升趋势；随着荷载的增加，当拉力达到P=140kN时，柱侧面根部出现2条平行的45度斜裂缝；当推力P=160kN时，柱侧面根部相对的位置也出现2条平行的45度斜裂缝；当拉力P=160kN时，柱侧面出现贯通柱头柱根的45度裂缝，原有的裂缝加宽，试件顶点位移也增长迅速；当推力P=180kN时，柱侧面出现相反的贯通柱头柱根的45度裂缝，与前一条贯通柱头柱根的45度裂缝相交，柱纵筋处混凝土出现纵向粘结破坏裂缝并伴有混凝土的爆裂声，同时，箍筋应变骤增，并达到屈服，构件达到最大承载力；随后荷载急速下降，短柱发生剪切破坏。加固柱以试件1为例，加以简单说明。从施加水平力开始，试件1的顶点水平位移与往复水平力一直呈线性关系，当推力P=280kN时，短柱的顶点水平位移开始与水平推力呈非线性关系增加，从这时开始，加固短柱的刚度开始降低；当推力P=320kN时，钢板与柱头、钢板与柱基出现水平相对错动，并在后加固混凝土短柱上表面出现少量可见裂缝，宽度约为0.05mm，裂缝方向与短柱面垂直；当推力P=360kN时，在加固柱受拉侧钢板下边与柱基上表面间出现水平间隙；当拉力P=360kN时，同样，在加固柱受拉侧钢板下边与柱基上表面间出现水平间隙，随后，随着水平荷载的增加，加固柱受拉侧钢板下边与柱基上表面间水平间隙也在增宽；当推力P=460kN时，荷载达到最大值，然后，钢板从焊缝处开裂，试件破坏。其余加固柱的受力过程基本相似，最后，均以钢板焊缝开裂而发生破坏。
从我们做的实验可以看出：1.在水平荷载作用下，剪力沿加固柱柱高范围内的分布基本相同；2.从水平荷载作用开始，钢板上的应变很小，对应于骨架曲线上的线性阶段，由原短柱混凝土和短柱内部的箍筋两者共同承担剪力；随着荷载的增加，钢板上的应变开始增大，原短柱内部开始产生裂缝，原先由混凝土承担的剪力的一部分传给了钢板，再加上水平荷载的继续增加，因此，钢板上的应变开始增大，剪力由短柱混凝土、箍筋、外包钢板3部分共同承担，这一阶段对应于骨架曲线的非线性上升阶段；随着水平荷载的增加，短柱内部的混凝土破碎，外包钢板上的焊缝开始开裂，最后，以试件上钢板焊缝开裂而破坏。整个过程与试件的受力过程基本吻合，这说明加固柱的钢板与柱本身结合良好，基本形成了整体。由以上分析可见，外包钢板所起的作用与箍筋所起的作用是一致的，除了外包钢板本身提供了抗剪作用外，在受力过程中，钢板还限制了混凝土的过早开裂，使混凝土本身的抗剪承载力有了一定的提高。
四、结论
根据上述试验研究结果和理论分析可以得出下列结论：1.采用混凝土与外包钢板复合加固的方法，可限制斜裂缝的开展，有效提高短柱的抗剪承载力；2.外包钢板对短柱的抗剪作用类似于箍筋，除与混凝土整体共同承受反复循环的剪力外，还能防止纵筋过早压屈和增强对混凝土核心的约束，但它比箍筋的约束更为直接，可有效防止混凝土表面的剥落；3.本文提出的混凝土和外包钢板复合加固短柱的斜截面抗剪承载力的计算方法，与试验结果拟合较好，对实际工程设计提供了一定的参考价值。
参考文献：
[1]韩继云.建筑抗震加固技术规程[S].北京：科技出版社，2010-7.
[2]程昌熟.外包钢筋混凝土加固柱正截面承载力理论分析[M].2008-9.