短柱现状与发展PPT课件

1、 近几年来由于地震灾害屡屡发生，造成了巨大的经济损失和惨重的人员伤亡。结构抗震显得尤其重要，短柱在地震中的破坏尤为严重。本文重点介绍了提高短柱抗震性能的现状及其发展前景，对今后短柱抗震的研究具有一定的指导意义。一、引言第1页/共39页二 、研究背景 随着工程结构向大跨、高耸、重荷载方向发展，结构底部竖向构件的轴向承载力需求不断增大，高层建筑的重载柱若采用普通钢筋混凝土柱，则易形成短柱，难以满足抗震延性的需求。第2页/共39页普通钢筋混凝土柱缺点：缺点：1 1、柱截面尺寸非常大，浪费空间；、柱截面尺寸非常大，浪费空间；2 2、浪费材料；、浪费材料；3 3、形成剪跨比较小的短柱，发生、形成剪跨比较

2、小的短柱，发生脆性剪切破坏脆性剪切破坏，难以满足抗震延性的需求。难以满足抗震延性的需求。必须重视 建筑抗震设计对结构构件有明确的延性要求。为建筑抗震设计对结构构件有明确的延性要求。为满足规程对轴压比限值的要求，柱子的截面往往比较满足规程对轴压比限值的要求，柱子的截面往往比较大，在结构底部常常形成短柱甚至超短柱。另外，由大，在结构底部常常形成短柱甚至超短柱。另外，由于许多特殊建筑使用荷载大，层高较低，在设计中不于许多特殊建筑使用荷载大，层高较低，在设计中不可避免地会出现短柱。可避免地会出现短柱。要对短柱采取一些构造措施，提高其延性和抗震性能。要对短柱采取一些构造措施，提高其延性和抗震性能。二 、

3、研究背景第3页/共39页 二 、研究背景第4页/共39页二二 、研究背景研究背景第5页/共39页 二 、研究背景第6页/共39页二 、研究背景第7页/共39页二 、研究背景第8页/共39页二 、研究背景第9页/共39页0CH 柱净高004CHh0h 柱截面计算高度缺点：判断不准确，仅适于反弯点位于或接近柱高缺点：判断不准确，仅适于反弯点位于或接近柱高 中部的情况。中部的情况。简单方法：三 、短柱判别方法第10页/共39页图图1 1 短柱设计示意图短柱设计示意图三 、短柱判别方法第11页/共39页理论方法：剪跨比小于等于2 20=2hCCMVCM 柱端截面组合的弯矩计算值CV 相应截面组合剪力计

4、算值0h 柱 截 面 计 算 高 度优点：分析更可靠。优点：分析更可靠。三 、短柱判别方法第12页/共39页1 1、箍筋加密法：、箍筋加密法：按不同的抗震等级采取不同的箍筋直径与间距，见表按不同的抗震等级采取不同的箍筋直径与间距，见表1 1。 表表1 1 加密区箍筋的最大间距与最小直径加密区箍筋的最大间距与最小直径四 、短柱抗震性能的研究现状第13页/共39页图图2 2 复合箍示意图复合箍示意图2 2、复合箍法：复合箍法：常见形式有井字形复合箍，菱形复合箍，八角形复合常见形式有井字形复合箍，菱形复合箍，八角形复合箍箍，见图，见图2 2。 四 、短柱抗震性能的研究现状第14页/共39页优点：优点

5、：部分纵筋内移并使粘结应力分布到混凝土内部，使部分纵筋内移并使粘结应力分布到混凝土内部，使“X”X”形纵筋承担部分剪力，以避免柱发生剪切破坏。形纵筋承担部分剪力，以避免柱发生剪切破坏。图图3 3 配置配置“X”X”筋示意图筋示意图3 3、配置、配置“X”X”筋法：筋法：部分纵筋沿柱对角线方向成斜向交叉配置，见图部分纵筋沿柱对角线方向成斜向交叉配置，见图3 3。 四 、短柱抗震性能的研究现状第15页/共39页表表2 2 构件明细及试验结果构件明细及试验结果 图图4 4所示为所示为X X形配筋短柱构件在反复荷形配筋短柱构件在反复荷载作用下的骨架曲线图，其中载作用下的骨架曲线图，其中Z3-1Z3-1

6、未配未配X X形筋，而其余三个构件只在配筋方式上形筋，而其余三个构件只在配筋方式上不同，其他参数都相同（见表不同，其他参数都相同（见表2 2）。）。图图4 4 骨架曲线图骨架曲线图四 、短柱抗震性能的研究现状第16页/共39页优点：优点：破坏形态由剪切型转化为弯曲型，实现了短柱变破坏形态由剪切型转化为弯曲型，实现了短柱变“长长柱柱”的设想。的设想。图图5 5 分体柱示意图分体柱示意图4 4、分体柱法、分体柱法: :柱中沿竖向用分隔板将短柱分为柱中沿竖向用分隔板将短柱分为2 2或或4 4个柱肢组成的分个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋，见图体柱，分体柱的各柱肢分开配筋，见图5 5。 四

7、、短柱抗震性能的研究现状试验滞回曲线比较第17页/共39页四 、短柱抗震性能的研究现状（a a）整体柱滞回曲线）整体柱滞回曲线（b b）分体柱试件滞回曲线）分体柱试件滞回曲线图图6 6 整体柱与分体柱滞回曲线比较整体柱与分体柱滞回曲线比较第18页/共39页优点：优点：使柱的承载力大大提高，从而有效地减小柱的截面尺使柱的承载力大大提高，从而有效地减小柱的截面尺寸和提高柱的延性及抗震能力。寸和提高柱的延性及抗震能力。图图7 7 钢骨混凝土柱截面示意图钢骨混凝土柱截面示意图5 5、钢骨混凝土柱法：、钢骨混凝土柱法：由钢骨和外包混凝土组成，见图由钢骨和外包混凝土组成，见图7 7。 四 、短柱抗震性能的

8、研究现状试验滞回曲线比较第19页/共39页（a a）钢筋混凝土柱滞回曲线）钢筋混凝土柱滞回曲线（b b）钢骨混凝土柱滞回曲线）钢骨混凝土柱滞回曲线图图8 8 滞回曲线比较滞回曲线比较试件轴压比为试件轴压比为0.30.3，其他条件相同。，其他条件相同。四 、短柱抗震性能的研究现状第20页/共39页优点：优点：混凝土处于三向受压状态，从而提高其抗压承载力和混凝土处于三向受压状态，从而提高其抗压承载力和极限压应变，并改善其延性与抗剪承载力。极限压应变，并改善其延性与抗剪承载力。图图9 9 钢管混凝土柱示意图钢管混凝土柱示意图6 6、钢管混凝土柱法：钢管混凝土柱法：由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组

9、合结构材料，由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，见图见图9 9。 四 、短柱抗震性能的研究现状第21页/共39页优点：优点：加强对脆性较大的高强混凝土的约束，减小柱子截面加强对脆性较大的高强混凝土的约束，减小柱子截面尺寸，同时可有效提高延性，从而避免尺寸，同时可有效提高延性，从而避免“短柱短柱”破坏。破坏。图图10 10 芯柱示意图芯柱示意图7 7、芯柱法：、芯柱法：在钢筋混凝土柱的核心区集中配置钢筋、并设置约束箍在钢筋混凝土柱的核心区集中配置钢筋、并设置约束箍筋，见图筋，见图1010。 四 、短柱抗震性能的研究现状试验滞回曲线比较第22页/共39页四 、短柱抗震性能的研究现状（a

10、 a）配置复合箍筋的普通短柱滞回曲线）配置复合箍筋的普通短柱滞回曲线图图11 11 滞回曲线比较滞回曲线比较（b b）加芯混凝土短柱滞回曲线）加芯混凝土短柱滞回曲线试件剪跨比为试件剪跨比为2.422.42，轴压比为，轴压比为0.60.6。第23页/共39页8 8、玻璃纤维（玻璃纤维（GERP）加固法：）加固法：湖南大学的肖岩教授对湖南大学的肖岩教授对GERP加固钢筋混凝土桥梁短加固钢筋混凝土桥梁短柱抗震性能做了研究。柱抗震性能做了研究。所做工作：制作了三个剪跨比所做工作：制作了三个剪跨比1.5的短柱，进行逆静力的短柱，进行逆静力试验，并进行非线性有限元分析，见图试验，并进行非线性有限元分析，见

11、图1212。结论与成果：结论与成果：GERP加固的短柱发生延性弯曲破坏而非加固的短柱发生延性弯曲破坏而非脆性剪切破坏，而且具有很好的变形能力和耗能能力。脆性剪切破坏，而且具有很好的变形能力和耗能能力。四 、短柱抗震性能的研究现状第24页/共39页图图12 12 两组反复荷载作用下短柱滞回曲线对比图两组反复荷载作用下短柱滞回曲线对比图四 、短柱抗震性能的研究现状（a a）普通短柱滞回曲线）普通短柱滞回曲线（b b） GERP加固加固短柱滞回曲线短柱滞回曲线第25页/共39页图图1313 加固过程示意图加固过程示意图9 9、碳纤维布包裹法：、碳纤维布包裹法：天津大学赵彤和天津城市建设学院陈培奇天津

12、大学赵彤和天津城市建设学院陈培奇 、周晓洁进、周晓洁进行了碳纤维布对钢筋混凝土短柱抗震性能改善效果的研行了碳纤维布对钢筋混凝土短柱抗震性能改善效果的研究究 ，见图，见图1313。 四 、短柱抗震性能的研究现状第26页/共39页所做工作：所做工作：试验对试验对9 9根试件分为两组通过不同的加固方式进行了抗根试件分为两组通过不同的加固方式进行了抗震性能研究。试件加固情况见表震性能研究。试件加固情况见表3 3。表表3 3 试件加固情况一览表试件加固情况一览表 四 、短柱抗震性能的研究现状第27页/共39页剪跨比为1.01.0时: :（a a）试件）试件-1-1（b b）试件）试件-2-2（c c）试

13、件）试件-4-4图图1414 试件试件组典型滞回曲线比较组典型滞回曲线比较四 、短柱抗震性能的研究现状第28页/共39页（a a）试件）试件 -1 -1（b b）试件）试件 -2 -2（c c）试件）试件 -4 -4图图1515 试件试件组典型滞回曲线比较组典型滞回曲线比较四 、短柱抗震性能的研究现状剪跨比为1.51.5时: :第29页/共39页结论与成果：结论与成果： 经过碳纤维布横向包裹加固的短柱，其延性在不同经过碳纤维布横向包裹加固的短柱，其延性在不同程度上得到改善，改善程度和碳纤维布的强度、层数、程度上得到改善，改善程度和碳纤维布的强度、层数、短柱剪跨比等因素有关，总的来说改善效果显著

14、，滞回短柱剪跨比等因素有关，总的来说改善效果显著，滞回环面积明显增大，说明构件的耗能能力增大，延性提高。环面积明显增大，说明构件的耗能能力增大，延性提高。四 、短柱抗震性能的研究现状第30页/共39页四 、短柱抗震性能的研究现状1010、纤维、纤维- -钢骨超高强混凝土复合加固法：钢骨超高强混凝土复合加固法：大连理工大学贾金青教授对纤维大连理工大学贾金青教授对纤维- -钢骨超高强混凝土短钢骨超高强混凝土短柱抗震性能做了研究。柱抗震性能做了研究。所做工作：对所做工作：对1313根纤维根纤维- -钢骨超高强混凝土短柱的抗震钢骨超高强混凝土短柱的抗震性能进行了研究。对破坏形态和变形耗能能力进行了探性

15、能进行了研究。对破坏形态和变形耗能能力进行了探讨，分析了纤维体积含量、种类及配箍率、钢骨几个因讨，分析了纤维体积含量、种类及配箍率、钢骨几个因素对其抗震性能和抗剪承载力的影响。素对其抗震性能和抗剪承载力的影响。第31页/共39页结论与成果：结论与成果：1 1、纤维的加入，增大骨料的咬合力，提高纵筋和箍筋、纤维的加入，增大骨料的咬合力，提高纵筋和箍筋的粘结力和握裹力，延缓裂缝开展，增大纵筋销栓力，的粘结力和握裹力，延缓裂缝开展，增大纵筋销栓力，大大降低了箍筋和纵筋的应变，提高了受压区的抗压能大大降低了箍筋和纵筋的应变，提高了受压区的抗压能力和直剪能力，并且随着纤维体积含量的增加这种作用力和直剪能

16、力，并且随着纤维体积含量的增加这种作用愈来愈明显。愈来愈明显。2 2、低配箍率下，延性随纤维体积含量的增大而提高的、低配箍率下，延性随纤维体积含量的增大而提高的幅度大，反之则小些；在总造价基本相同的条件下，钢幅度大，反之则小些；在总造价基本相同的条件下，钢纤维对短柱延性改善程度更为明显一些。纤维对短柱延性改善程度更为明显一些。四 、短柱抗震性能的研究现状第32页/共39页四 、短柱抗震性能的研究现状1111、预应力钢板箍加固法：、预应力钢板箍加固法：华侨大学郭子雄教授对预应力钢板箍加固钢筋混凝土短华侨大学郭子雄教授对预应力钢板箍加固钢筋混凝土短柱抗剪性能进行了研究。柱抗剪性能进行了研究。所作工

17、作：所作工作：1 1、进行了、进行了9 9个配箍构造未满足规范要求的个配箍构造未满足规范要求的RCRC方形短柱方形短柱加固试件的单调加载试验；加固试件的单调加载试验；2 2、探讨了预应力箍板加固的受剪机理，分析了各主要、探讨了预应力箍板加固的受剪机理，分析了各主要参数对加固柱受剪承载力的影响。参数对加固柱受剪承载力的影响。第33页/共39页图图16 16 施加预应力后的试件施加预应力后的试件四 、短柱抗震性能的研究现状第34页/共39页结论与成果：结论与成果：1 1、增强了箍板对混凝土的主动约束，延迟了主斜裂缝、增强了箍板对混凝土的主动约束，延迟了主斜裂缝的产生和发展，并使试件在加载后期发生弯

18、剪破坏。的产生和发展，并使试件在加载后期发生弯剪破坏。2 2、用预应力钢板箍加固、用预应力钢板箍加固RCRC短柱可大幅提高短柱的抗剪短柱可大幅提高短柱的抗剪承载力。承载力。3 3、预应力钢板箍加固、预应力钢板箍加固RCRC短柱，可防止试件出现脆性破短柱，可防止试件出现脆性破坏，即使出现剪切破坏，试件仍具有一定的延性。坏，即使出现剪切破坏，试件仍具有一定的延性。四 、短柱抗震性能的研究现状第35页/共39页五 、发展前景1 1、建议对超高强纤维混凝土的基本力学性能进行全面深、建议对超高强纤维混凝土的基本力学性能进行全面深入分析，以完善超高强混凝土短柱的应用范围；入分析，以完善超高强混凝土短柱的应用范围；2 2、地震荷载作用后构件的残余变形，对短柱是否破坏、地震荷载作用后构件的残余变形，对短柱是否破坏、是否可修、是否可以立即用于震后救灾抢险和救灾抢险是否可修、是否可以立即用于震后救灾抢险和救灾抢险工作的顺