淺談?lì)A(yù)應(yīng)力筋之發(fā)展

1、淺談?lì)A(yù)論文集應(yīng)力論文集筋之發(fā)展    表1 試件UB-2材性參數(shù)混凝土參數(shù)普通鋼筋參數(shù)無粘結(jié)筋參數(shù)ø 12ø 18（注：表1中，長度單位為mm、強(qiáng)度單位為MPa、下標(biāo)中帶h之為箍筋參數(shù)）表2 試件UB-2各構(gòu)件尺寸、配筋及豎向力、無粘結(jié)筋預(yù)加應(yīng)力大小構(gòu)件編號(hào)尺寸 /mm縱筋/配筋率箍筋/體積配箍率無粘結(jié)筋有效預(yù)加應(yīng)力 /MPa 豎向力P1 /kN普通筋無粘結(jié)筋左（上）側(cè)右（下）側(cè)C-1150×220×15804 ø 6/0.39%4 ø 12/1.33%ø 680 

2、/ 0.90%43844014.1C-2150×220×15804 ø 6/0.39%4 ø 12/1.33%ø 680 / 0.90%452450B150×220×26004 ø 6/0.39%2 ø 18/1.51%ø 680 / 0.90%450443個(gè)開間進(jìn)行縮比，即等效框架之截面寬度為原截面寬度之1.5倍（由于平面框架之抗力與其截面寬度成比例，且原型中各框架之受力完全一樣，所以這樣做是合理之2 ），并按1/3之縮尺比（模型與原型之尺寸比例）形成框架試件UB-2。試件

3、UB-2受力及截面形式如圖4所示，材性參數(shù)見表1，梁柱構(gòu)件尺寸、配筋參數(shù)及軸壓力、無粘結(jié)筋預(yù)加應(yīng)力值見表2。2.3        數(shù)值計(jì)算為研究預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式對(duì)結(jié)構(gòu)滯回性能之影響，除按模型UB-2（表3中Case 1）試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬外，還對(duì)其他預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式進(jìn)行模擬分析，不同預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式之情況見表3。對(duì)于有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋部分，在數(shù)值模擬中認(rèn)為粘結(jié)部位不發(fā)生粘結(jié)退化。表3中，Case5采用文獻(xiàn)8提出之部分無粘結(jié)形式，即預(yù)應(yīng)力筋沿其縱向（延伸方向）自梁端、柱端之1/3梁長或柱長之長度范圍內(nèi)采用無粘結(jié)，其他范圍則采用有

4、粘結(jié)。表3 預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式之情況CASE名稱粘結(jié)形式描述CASE 1FU-B&FU-C梁、柱中預(yù)應(yīng)力筋均為無粘結(jié)形式，UB-2模型試驗(yàn)CASE 2FB-B&FB-C梁、柱中預(yù)應(yīng)力筋均為有粘結(jié)形式CASE 3FU-B&FB-C梁中預(yù)應(yīng)力筋為無粘結(jié)形式、柱中預(yù)應(yīng)力筋為有粘結(jié)形式CASE 4FB-B&FU-C梁中預(yù)應(yīng)力筋為有粘結(jié)形式、柱中預(yù)應(yīng)力筋為無粘結(jié)形式CASE 5PU-B&PU-C梁、柱中預(yù)應(yīng)力筋均為部分無粘結(jié)形式(注: 表中，F(xiàn)UFully unbonded，F(xiàn)BFully bonded，PUPartially unbonded， BBeam， CC

5、olumn)3         計(jì)算結(jié)果分析試件UB-2（CASE1）之?dāng)?shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果之對(duì)比如圖4所示，可見二者吻合良好，表明所采用之?dāng)?shù)值分析模型可準(zhǔn)確用于預(yù)應(yīng)力混凝土桿系結(jié)構(gòu)滯回性能之模擬。圖6為不同預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式情況之計(jì)算結(jié)果與原無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土框架試件UB-2計(jì)算結(jié)果之對(duì)比。由圖6可知，相對(duì)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力UB-2情況而言，增加預(yù)應(yīng)力筋和混凝土之間之粘結(jié)可以顯著增加結(jié)構(gòu)之滯回耗能能力，并可提高構(gòu)件之承載力，但也結(jié)構(gòu)之殘余變形也會(huì)相應(yīng)。因此預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能之指標(biāo)：耗能能力和復(fù)位能力， 圖4

6、60; 試件UB-2受力示意圖（單位：mm）圖5  試件UB-2計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比在粘結(jié)形式上是存在一定矛盾之。因此有必要對(duì)不同預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)情況逐一加以深入討論，尋找合理預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式。這里，所謂復(fù)位能力是指結(jié)構(gòu)在地震結(jié)束后回復(fù)到結(jié)構(gòu)初始位置之能力，可用地震后之殘余變形大小表示。復(fù)位能力也是結(jié)構(gòu)抗震性能之一個(gè)重要方面，它反映了結(jié)構(gòu)震后之可修復(fù)性能9。(a) CASE 1與CASE 2計(jì)算結(jié)果比較(b) CASE 1與CASE 3計(jì)算結(jié)果比較(c) CASE 1與CASE 4計(jì)算結(jié)果比較(d) CASE 1與CASE 5計(jì)算結(jié)果比較圖6  不同預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式下框架計(jì)算

7、結(jié)果與UB-2計(jì)算結(jié)果之比較從圖6（a）CASE2之曲線對(duì)比可見，當(dāng)梁柱均采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，滯回曲線變得豐滿，表現(xiàn)出類似于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之滯回特性。CASE2因梁柱中預(yù)應(yīng)力筋均為有粘結(jié)形式，與原結(jié)構(gòu)CASE1相比承載力得到顯著提高但殘余變形亦顯著增大。從圖6（b）之CASE3之曲線對(duì)比可見，當(dāng)柱中采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋而梁中采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，框架之滯回曲線表現(xiàn)出一定程度之捏攏特征。圖中，CASE3因柱中配置有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，承載力得到提高但殘余變形增大。從圖6（c）可見，CASE1與CASE4之計(jì)算曲線幾乎完全重合，也即當(dāng)柱配置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，無論梁中預(yù)應(yīng)力筋是否有粘結(jié)，對(duì)滯回曲線之影響不

8、大，均有明顯之捏攏現(xiàn)象，表現(xiàn)出典型之無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)之滯回特性。從圖6（d）之CASE5與CASE1之滯回曲線對(duì)比可見，當(dāng)梁柱中均配置部分無粘結(jié)之預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，框架之滯回曲線仍表現(xiàn)出明顯之捏攏特征，反映了結(jié)構(gòu)中存在之局部無粘結(jié)行為，且承載力也有一定程度提高。圖7對(duì)各框架之峰值承載力、最終殘余位移及累積滯回耗能進(jìn)行了比較，其中峰值承載力和最終殘余位移為正負(fù)兩個(gè)方向（圖8第一象限和第三象限）之平均值。由圖可見，有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土框架CASE2之平均峰值承載力、平均殘余位移以及累積滯回耗能均最大，而CASE1（即UB-2）均最小。比較圖7之CASE2和CASE5可見，二者之承載力相當(dāng)，而采取部分

9、無粘形式之CASE5之殘余變形明顯小于有粘結(jié)形式之CASE2，僅為CASE2之50%左右，但CASE5之累積耗能能力僅為CASE2之56%。因此，可以認(rèn)為，部分無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)之殘余變形接近無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，且有較大之承載力和耗能能力。(a) 峰值承載力 /kN(b) 最終殘余位移 /mm(c) 累積滯回耗能 /kN·m圖7  峰值承載力、最終殘余位移和累積滯回耗能之對(duì)比綜上分析結(jié)果，框架柱中之預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土框架之滯回特性和復(fù)位性能影響較大，而框架梁中之預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式之影響則較小。當(dāng)框架柱中采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，框架結(jié)構(gòu)承載力最低、滯回曲線捏攏

10、最明顯、耗能能力（滯回環(huán)包圍之累計(jì)面積）最小，但復(fù)位性能最好；當(dāng)框架柱中采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，框架結(jié)構(gòu)承載力逐漸提高，滯回曲線逐漸豐滿、耗能能力逐漸增強(qiáng)，但殘余位移逐步增大、復(fù)位性能逐步變差；當(dāng)框架柱中采用部分無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，承載力與有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力情況之承載力基本相當(dāng)，耗能能力中等，復(fù)位性能不如無粘結(jié)框架，但明顯優(yōu)于框架柱中采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋之情況。因此，綜合考慮承載力、滯回耗能等和復(fù)位性能，采用部分無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋形式可獲得更好之整體結(jié)構(gòu)抗震性能。4         結(jié)論本文通過對(duì)往復(fù)荷載下5種不同預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式

11、之框架結(jié)構(gòu)滯回性能之?dāng)?shù)值模擬，得到如下主要結(jié)論：(1)      對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)，框架柱中之預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式（有粘結(jié)、無粘結(jié)或部分無粘結(jié)）對(duì)于框架整體性能之影響程度大于框架梁中預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式之影響；(2)      框架結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力筋由無粘結(jié)筋置換成有粘結(jié)筋時(shí)，結(jié)構(gòu)之承載力提高、耗能能力增強(qiáng)，但殘余變形增大、復(fù)位性能變差，不利于震后結(jié)構(gòu)之修復(fù)；(3)      將框架柱中有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋置換成部分無粘結(jié)形式之預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，框架之承載力基本

12、不變或下降很少，但殘余變形顯著減小、復(fù)位性能明顯改善，且耗能能力中等。(4)      綜合考慮承載力、復(fù)位和耗能等方面，配置部分無粘結(jié)形式預(yù)應(yīng)力筋之預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)具有最佳之整體抗震性能；(5)      對(duì)于在往復(fù)荷載下可能存在粘結(jié)退化之有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)采取可靠端部錨固措施，而不必?fù)?dān)心預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)退化對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能之不利影響。參考文獻(xiàn)1       葉列平 陸新征 馬千里 汪訓(xùn)流 繆志偉，混凝土結(jié)構(gòu)抗震非線性分析模型、

13、方法及算例R，第15屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議特邀報(bào)告，工程力學(xué)增刊，20062       蘇小卒，預(yù)應(yīng)力混凝土框架抗震性能研究M，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，19983       MSC. Marc 2005在線幫助文檔Z4       Légeron, F., and Paultre, P., Uniaxial confinement model for normal and high-strength con

14、crete columnsJ, J. Struct. Eng., ASCE, 2003,129(2), 241252.5       江見鯨，陸新征，葉列平, 混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析M, 清華大學(xué)出版社，20056       Esmaeily, A., and Xiao, Y. (2005). “Behavior of  Reinforced Concrete Columns under Variable Axial Loads: Analysis”J, ACI S

15、tructural Journal, 102(5), 736-744.7       Légeron, F., Paultre, P., and Mazar, J.(2005). “Damage Mechanics Modeling of Nonlinear Seismic Behavior of Concrete Structures,”J J. Struct. Eng., ASCE, 131(6), 946-954.8       Prestley, M. J. N., and Tao, J. R., “Seismic Response of Precast Prestressed Concrete Frame with Partially Debonded Tensions,”J PCI Journal, V. 38, No. 1,