锈蚀钢筋混凝土短柱抗震性能及加固的试验研究

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由于河砂短缺、追求经济利益等原因,我国沿海地区不少工程偷用、滥用未经处理的海砂,已出现了海砂混凝土结构中钢筋过早腐蚀破坏的迹象。另外,在外界大气环境、海洋环境、酸碱盐环境的长期影响下,普通钢筋混凝土结构中也大量出现钢筋锈蚀的现象。钢筋锈蚀会导致其截面积减小、与混凝土间的粘结性能下降、混凝土保护层开裂等,给结构带来抗震防灾的隐患。目前尚未见到有关锈蚀钢筋混凝土柱抗剪性能及短柱抗震性能方面的试验研究报道。为此,本文以易发生剪切破坏的混凝土短柱为研究对象,进行了1根河砂配制未锈蚀钢筋混凝土短柱试件、7根河砂配制锈蚀钢筋混凝土短柱试件、2根海砂配制锈蚀钢筋混凝土短柱试件、3根外包CFRP加固河砂配制锈蚀钢筋混凝土短柱试件、1根外包CFRP加固海砂配制锈蚀钢筋混凝土短柱试件的拟静力试验,分析了钢筋锈蚀率、轴压比、剪跨比、细骨料类型、CFRP外包层数等因素对锈蚀混凝土短柱的破坏形态、抗剪承载力、刚度、延性和滞回特性的影响情况。研究结果表明:(1)钢筋锈蚀对混凝土短柱试件的抗剪承载力影响较小,但对混凝土短柱的极限变形能力、耗能能力影响较大。当钢筋轻微锈蚀(锈蚀率小于5%)时,锈蚀试件的抗剪承载力提高3.6%,极限位移降低27.3%,累计耗能降低28%;当钢筋严重锈蚀时,混凝土短柱试件的抗剪承载力降低4.6%~7.8%,极限位移降低19.3%~35.5%,累计耗能降低18%~33%。钢筋锈蚀前后、CFRP加固前后混凝土短柱的破坏形态均为脆性的剪切破坏。海砂混凝土锈蚀短柱和河砂混凝土锈蚀短柱的抗震性能差异不明显。(2)轴压比对锈蚀短柱的抗剪承载力、刚度、延性、耗能能力影响较大。锈蚀短柱的抗剪承载力、刚度随轴压比的增大而增大,但抗剪承载力增加的程度有限,而延性系数、耗能能力随轴压比的增大而降低。轴压比从0.1增大到0.2和0.3时,锈蚀混凝土短柱抗剪承载力分别提高14.7%和24.4%。剪跨比对锈蚀短柱的抗剪承载力、耗能能力的影响较显著。锈蚀短柱的抗剪承载力、刚度随剪跨比的增大降低。在同级位移角下,剪跨比越大,锈蚀短柱的耗能能力越强。增大剪跨比,对短柱的延性改善显著。剪跨比从1.5增大到1.75和2.0时,锈蚀混凝土短柱极限抗剪承载力分别降低16.3%和27.3%。(3)外包CFRP加固不会显著提高试件的承载力和刚度,但可以显著改善锈蚀短柱的延性和耗能能力。随着外包碳纤维布层数的增多,锈蚀钢筋混凝土短柱试件的抗剪承载力提高有限,提高幅度不超过10%,但其极限变形和耗能能力增强较明显。增加CFRP外包层数对抗剪承载力的提高效果有限。外包1层、1.5层、2层CFRP加固后的锈蚀混凝土短柱的累计滞回耗能分别是未加固的1.2倍、2.2倍、3.1倍,位移延性系数分别提高23.4%、19.9%、47.4%,抗剪承载力分别提高8.9%、7.7%、9.7%。(4)建议了锈蚀混凝土柱抗剪承载力计算式,可供工程鉴定作参考。通过对Park损伤模型进行修正,确立了相应的损伤评价准则,可以用于锈蚀混凝土短柱的抗震损伤评价。
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