• ISSN 1673-5722
  • CN 11-5429/P

钢筋混凝土柱的破坏形态及变形能力研究

刘科 黄娇 马煜东 张宁 苏佶智

刘科, 黄娇, 马煜东, 张宁, 苏佶智. 钢筋混凝土柱的破坏形态及变形能力研究[J]. 震灾防御技术, 2019, 14(4): 750-759. doi: 10.11899/zzfy20190406
引用本文: 刘科, 黄娇, 马煜东, 张宁, 苏佶智. 钢筋混凝土柱的破坏形态及变形能力研究[J]. 震灾防御技术, 2019, 14(4): 750-759. doi: 10.11899/zzfy20190406
Liu Ke, Huang jiao, Ma Yudong, Zhang ning, Su Jizhi. Study on Failure Mode and Deformation Capacity of Reinforced Concrete Columns[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2019, 14(4): 750-759. doi: 10.11899/zzfy20190406
Citation: Liu Ke, Huang jiao, Ma Yudong, Zhang ning, Su Jizhi. Study on Failure Mode and Deformation Capacity of Reinforced Concrete Columns[J]. Technology for Earthquake Disaster Prevention, 2019, 14(4): 750-759. doi: 10.11899/zzfy20190406

钢筋混凝土柱的破坏形态及变形能力研究

doi: 10.11899/zzfy20190406
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51578077

详细信息
    作者简介:

    刘科, 女, 生于1996年。硕士研究生。主要从事结构工程抗震研究。E-mail:liuke070025@163.com

Study on Failure Mode and Deformation Capacity of Reinforced Concrete Columns

  • 摘要: 对钢筋混凝土(RC)柱在地震作用下的变形性能进行量化,本文从太平洋地震研究中心柱数据库中收集到123根RC柱抗震性能试验数据,提出基于参数剪跨比和弯剪比的RC柱破坏形态判别标准;在弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏三种破坏形态下,研究了轴压比、剪跨比、配箍特征值等参数对位移角的显著性影响,通过回归分析归纳出三种破坏形态下屈服位移角和极限位移角的回归方程,回归系数显著性概率均小于0.05。结果表明:本文提出的RC柱破坏形态判别标准准确度高,适应性强;位移角线性回归方程具有合理性。
  • 图  1  柱试件参数分布直方图

    Figure  1.  Column test piece parameter distribution histogram

    图  2  破坏形态与${{{V_{\rm{p}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{V_{\rm{p}}}} {({{{V_{\rm{n}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{V_{\rm{n}}}} k}} \right. } k})}}} \right. } {({{{V_{\rm{n}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{V_{\rm{n}}}} k}} \right. } k})}}$的关系

    Figure  2.  Relationship between failure form and $ {{{V_{\rm{p}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{V_{\rm{p}}}} {({{{V_{\rm{n}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{V_{\rm{n}}}} k}} \right. } k})}}} \right. } {({{{V_{\rm{n}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{V_{\rm{n}}}} k}} \right. } k})}} $

    图  3  破坏形态与弯剪比和剪跨比的关系

    Figure  3.  Relationship between Failure Mode and Bending-shear Ratio and Shear-to-span Ratio

    表  1  ASCE/SEI 41-06标准中的柱破坏模式划分

    Table  1.   Column failure mode division in ASCE/SEI 41-06

    折减后的弯剪比 柱中箍筋细部构造形式
    135°弯钩的箍筋 90°弯钩的封闭环形箍 其他构造形式
    ${V_\text{p}}/({V_\text{n}}/k) \leqslant 0.60$ 弯曲破坏 弯剪破坏 弯剪破坏
    $0.60 < {V_\text{p}}/({V_\text{n}}/k) \leqslant 1$ 弯剪破坏 弯剪破坏 剪切破坏
    ${V_\text{p}}/({V_\text{n}}/k) > 1$ 剪切破坏 剪切破坏 剪切破坏
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    表  2  破坏形态与剪跨比和配箍特征值、体积配箍率、配筋率之间的关系

    Table  2.   Relationship between failure mode and shear span ratio and hoop characteristic value, volume hoop ratio and reinforcement ratio

    破坏状态 剪跨比$\lambda $ 配箍特征值${\beta _{v}}$ 体积配箍率${\rho _{v}}$% 配筋率$\rho $%
    弯曲破坏 $1.50 \leqslant \lambda \leqslant 5.50$ $0.02 \leqslant {\beta _{v}} \leqslant 0.45$ $0.30 \leqslant \rho _{v}^{} \leqslant 2.80$ $0.70 \leqslant \rho \leqslant 3.30$
    弯剪破坏 $1.50 \leqslant \lambda \leqslant 3.22$ $0.02 \leqslant {\beta _{v}} \leqslant 0.23$ $0.20 \leqslant \rho _{v}^{} \leqslant 1.60$ $1.30 \leqslant \rho \leqslant 3.80$
    剪切破坏 $1 \leqslant \lambda \leqslant 3.22$ $0.02 \leqslant {\beta _{v}} \leqslant 0.51$ $0.20 \leqslant \rho _{v}^{} \leqslant 1.80$ $1.30 \leqslant \rho \leqslant 4.10$
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    表  3  钢筋混凝土柱破坏形态判别标准

    Table  3.   Discrimination criteria for failure mode of reinforced concrete columns

    破坏形态 判断标准
    弯曲破坏 $2 < \lambda \leqslant 4$且${V_\text{p}}/({V_\text{n}}/k) \leqslant 0.7$
    $\lambda > 4$且${V_\text{p}}/({V_\text{n}}/k) \leqslant 0.8$
    弯剪破坏 $\lambda \leqslant 2$且${V_\text{p}}/({V_\text{n}}/k) < 1.0$
    $2 < \lambda \leqslant 4$且$0.7 < {V_\text{p}}/({V_\text{n}}/k) < 1.0$
    剪切破坏 $\lambda \leqslant 2$且${V_\text{p}}/({V_\text{n}}/k) \geqslant 1.0$
    $2 < \lambda \leqslant 4$且${V_\text{p}}/({V_\text{n}}/k) \geqslant 1.0$
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    表  4  各影响因素与屈服位移角的相关系数

    Table  4.   Correlation coefficients between various influencing factors and yield displacement angle

    影响因素 弯曲破坏柱 弯剪破坏柱 剪切破坏柱
    Spearman
    相关系数
    Sig.(双侧) Spearman
    相关系数
    Sig.(双侧) Spearman
    相关系数
    Sig.(双侧)
    轴压比 -.822** .000 -.925** .000 -.621* .031
    轴压比倒数 .822** .000 .925** .000 .621* .031
    剪跨比 .063 .647 .042 .857 .120 .726
    配箍特征值 .187 .094 -.279 .167 .320 .227
    体积配箍率 -.017 .903 -.270 .034 .381 .247
    纵筋配筋率 .360** .007 .251 .237 -.506 .112
    注:**在0.01显著性水平(双侧)上显著相关;*在0.05显著性水平(双侧)上显著相关
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    表  5  各影响因素与极限位移角的相关系数

    Table  5.   Correlation coefficients between various influencing factors and ultimate displacement angle

    影响因素 弯曲破坏柱 弯剪破坏柱 剪切破坏柱
    Spearman
    相关系数
    Sig.(双侧) Spearman
    相关系数
    Sig.(双侧) Spearman
    相关系数
    Sig.(双侧)
    轴压比 -.773** .000 -.798** .000 -.922** .000
    轴压比倒数 .773** .000 .798** .000 .922** .000
    剪跨比 -.269* .037 .563** .010 .837** .000
    配箍特征值 .458** .000 -.588** .006 .611 .108
    体积配箍率 .348** .006 -.475* .034 .522 .184
    纵筋配筋率 .509** .000 .181 .445 -.638 .015
    注:**在0.01显著性水平(双侧)上显著相关;*在0.05显著性水平(双侧)上显著相关
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    表  6  不同破坏形态下位移角的回归方程

    Table  6.   Regression equations of displacement angles under different failure modes

    破坏状态 回归方程
    弯曲破坏 ${\theta _{y}} = 0.011 - 0.015n + 0.136\rho $
    ${\theta _{u}} = 0.170 - 0.062n + 0.030{\beta _{v}} + 1.744\rho $
    弯剪破坏 ${\theta _{y}} = 0.011 - 0.015n + 0.155\rho $
    ${\theta _{u}} = 0.029 - 0.097n + 0.029\lambda + 0.020{\beta _{v}}$
    剪切破坏 ${\theta _{y}} = 0.032 - 0.012n + 0.745\rho $
    ${\theta _{u}} = 0.005 - 0.030n + 0.012\lambda - 0.007\rho $
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    表  7  不同破坏形态下位移角回归方程中的RR2和Adjusted R2

    Table  7.   Correlation Coefficients R, R2 and Adjusted R2 in the Displacement Angle Regression Equation under Different Failure Modes

    屈服位移角 极限位移角
    弯曲破坏 弯剪破坏 剪切破坏 弯曲破坏 弯剪破坏 剪切破坏
    R 0.872 0.876 0.885 0.892 0.894 0.994
    R2 0.761 0.768 0.784 0.795 0.799 0.989
    Adjusted R2 0.752 0.757 0.779 0.782 0.785 0.981
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  • 董正方, 王君杰, 韩鹏, 2010.工程结构柱式构件的抗震性能试验研究进展.震灾防御技术, 5(1):43-52. doi: 10.3969/j.issn.1673-5722.2010.01.006
    蒋友宝, 周浩, 曹青等, 2017.不同设计配筋下大偏压RC柱承载力抗震可靠度.土木建筑与环境工程, 39(6):68-77. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/cqjzdxxb201706009
    刘良林, 王全凤, 应建中, 2016.地震作用下高强混凝土柱延性计算方法研究.世界地震工程, 32(1):261-265. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=sjdzgc201601037
    李强, 金贤玉, 2015.箍筋锈蚀对轴压混凝土短柱承载力的影响.浙江大学学报(工学版), 49(10):1929-1938, 1951. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zjdxxb-gx201510015
    戚永乐, 2012.基于材料应变的RC梁、柱及剪力墙构件抗震性能指标限值研究.广州: 华南理工大学.
    苏佶智, 邢国华, 马煜东等, 2018.反复荷载作用下锈蚀钢筋混凝土柱力学性能研究.震灾防御技术, 13(03):512-523. http://zzfy.eq-j.cn/zzfyjs/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20180303&journal_id=zzfyjs
    万海涛, 韩小雷, 季静, 2010.基于性能设计方法的钢筋混凝土柱构件分析.中南大学学报(自然科学版), 41(4):1584-1589. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zngydxxb201004059
    杨君, 2007.钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计理论和方法.西安: 西安建筑科技大学.
    ASCE/SEI 41-06 Seismic Rehabilitation of Existing Buildings. Reston, Virginia: American Society of Civil Engineers, 2007.
    Ahani E, Mousavi M N, Ahani A, et al, 2019. The effects of amount and location of openings on lateral behavior of masonry infilled RC frames. KSCE Journal of Civil Engineering: 1-13.
    Berry M, Parrish M, Eberhard M. PEER Structural performance database user's manual (version 1.0). University of California: Berkeley, 2004.
    Elwood K J, Moehle J P, 2006. Idealized backbone model for existing reinforced concrete columns and comparisons with FEMA 356 criteria. Structural Design of Tall and Special Buildings, 15(5):17. https://www.researchgate.net/publication/229471296_Idealized_backbone_model_for_existing_reinforced_concrete_columns_and_comparisons_with_FEMA_356_criteria
    Lee K, Yoo J K, 2014. Canonical correlation analysis through linear modeling. Australian & New Zealand Journal of Statistics, 56(1):59-72. http://d.old.wanfangdata.com.cn/NSTLQK/NSTL_QKJJ0232630464/
    Maekawa K, An X, 2000. Shear failure and ductility of RC columns after yielding of main reinforcement. Engineering Fracture Mechanics, 65(2):335-368. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=a8adb1be393292771fb8687d3a0ab8eb
    Sezen H, Moehle J. P, 2004. Shear strength model for lightly reinforced concrete columns. Journal of Structural Engineering, 130(11):1692-1703. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2004)130:11(1692)
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  • 收稿日期:  2019-03-26
  • 刊出日期:  2019-12-01

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