不同齡期新澆筑混凝土柱水平裂縫的研究

不同齡期新澆筑混凝土柱水平裂縫的研究

0支撐體系承載力微裂縫在四川地震災(zāi)后重建項目的建設(shè)過程中，初建成的混凝土結(jié)構(gòu)房屋受到了震動。當較大地震發(fā)生時，現(xiàn)場會出現(xiàn)模型支撐架的松動、混凝土柱的擾動、局部構(gòu)件的微裂縫等。以不同齡期的鋼筋混凝土柱為研究對象,利用相似理論,對縮尺模型柱在不同的地震加速度作用下進行振動臺試驗,重點對不同齡期的新澆筑混凝土柱在受水平地震作用后的震害特點進行分析,用試驗方法來模擬新澆筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋受地震作用的影響。1試驗總結(jié)1.1模型柱和鋼筋柱的制備為了使試驗?zāi)軌蜉^好地反映實際工程中混凝土結(jié)構(gòu)柱裂縫的出現(xiàn)、發(fā)展及破壞過程,并考慮到小型振動臺的實際載重能力,所采用的模型試件的尺寸按照層高為3m,截面尺寸為450mm×450mm的矩形柱以1∶3的相似比例進行縮尺試驗?？s尺后模型柱身凈高1000mm,截面尺寸為150mm×150mm。柱現(xiàn)澆于地梁內(nèi),地梁尺寸為150mm×150mm×530mm。柱身縱筋采用4根10mm的HRB335熱軋鋼筋,箍筋采用4mm的冷拔鋼絲,間距120mm,端部加密,間距50mm?；炷翉姸鹊燃墳镃30。具體配筋如圖1所示。1.2試驗設(shè)備和參數(shù)1.2.1懸臂柱內(nèi)側(cè)向約束,下轉(zhuǎn)懸臂柱頂試驗。根據(jù)懸臂柱頂理論,直接直直柱內(nèi)對于早齡期的混凝土柱,考慮到新澆筑的梁板混凝土剛度較弱,對柱頭并未形成較強的側(cè)向約束,并且其上部的豎向荷載較小,故試驗近似按懸臂柱進行設(shè)計,并根據(jù)相似理論,在柱頂加上適當配重?；炷林砼c地梁整體澆筑,通過預(yù)埋管,在地梁預(yù)留螺栓孔,使地梁與振動臺臺面通過螺栓牢固連接,振動臺試驗試件的安裝見圖2。1.2.2地震波的檢測振動臺試驗施加的地震波分為兩組,一組采用臥龍地震波,另一組采用什邡地震波,地震波波形如圖3,4所示。試驗過程中,將臥龍地震波的峰值加速度設(shè)置為0.45g,什邡地震波的峰值加速度設(shè)置為0.15g。每組的柱子齡期分別為12,18,24,36,48h。每組設(shè)置一根正常養(yǎng)護的對比柱,養(yǎng)護條件皆為室內(nèi)標準養(yǎng)護。試件各參數(shù)見表1。2試驗結(jié)果與分析2.1運行的破壞特征和分析2.1.1柱內(nèi)裂縫的分布及形態(tài)在峰值加速度為0.45g的地震作用后,混凝土柱試件拆模后發(fā)現(xiàn),Z3~Z6均在柱根與地梁交界面處發(fā)生較嚴重破壞,Z3破壞最為嚴重,裂縫寬度達到1mm,Z6破壞較為輕微。裂縫發(fā)展情況:自柱根底處開始,首先沿水平方向開裂,裂縫長為1cm左右,然后裂縫沿大約45°方向朝地梁斜向發(fā)展,至柱根以下2cm的地梁處,裂縫再次發(fā)展為水平方向,直至另一側(cè)的柱根底部相同位置,裂縫再次沿45°方向朝上發(fā)展至柱根,最后產(chǎn)生一道1cm左右的水平裂縫。此裂縫以柱中心線為對稱軸左右對稱,水平貫通,為一道彎剪裂縫。在柱根的四個棱角處,拆模后混凝土出現(xiàn)剝落。比較Z3~Z6可得,齡期越短,剝落現(xiàn)象越嚴重。Z7柱在柱根處沒有明顯的裂縫產(chǎn)生,柱身幾乎完好無損。Z3在柱根處裂縫發(fā)展情況及混凝土剝落現(xiàn)象如圖5所示。Z3~Z6均出現(xiàn)自上而下的水平裂縫,裂縫間距均勻,且裂縫寬度自上而下逐步減小,裂縫最寬處達到0.3mm。在柱中部位置處,裂縫基本消失。首道裂縫出現(xiàn)在柱頂配重下端,為配重引起的水平剪切裂縫,第2道裂縫距離首道裂縫為100mm,第3~5道裂縫之間距離均為100mm,且裂縫產(chǎn)生位置為混凝土柱箍筋所在位置附近。試件Z6的第3~5道裂縫基本消失,Z7基本無裂縫產(chǎn)生。試件Z3在柱身的水平裂縫如圖5所示。2.1.2柱根處水平裂縫在峰值加速度為0.15g的地震作用下,Z8的柱身產(chǎn)生明顯的水平裂縫,柱根處破壞嚴重,其裂縫發(fā)展情況與Z3類似,柱根處產(chǎn)生的彎剪裂縫寬度達到0.8mm。Z9產(chǎn)生兩道水平裂縫,柱根輕微破壞,Z10~Z12無明顯裂縫產(chǎn)生。2.1.3兩種地震組合對地震的破壞在0.45g地震作用下的試件,其破壞程度明顯比0.15g地震作用下的試件嚴重,裂縫更寬,分布更明顯,柱根處混凝土的剝落更加嚴重。2.1.4混凝土極限受拉應(yīng)變值對于各試件在柱身處產(chǎn)生的水平裂縫,由于其位置與混凝土柱箍筋位置相一致,在振動過程中,試件做水平往復(fù)運動,當混凝土受拉區(qū)邊緣的應(yīng)變超過混凝土極限受拉應(yīng)變值時,試件表面就會出現(xiàn)裂縫,而在箍筋處,混凝土截面減小,應(yīng)力集中,容易出現(xiàn)裂縫,即箍筋對裂縫產(chǎn)生的位置有一定的導(dǎo)向作用。而試件根部是柱內(nèi)力最集中的部位,由于早齡期混凝土強度較差,故在較大的地震作用下,發(fā)生破壞,產(chǎn)生彎剪裂縫。2.2柱內(nèi)超聲波波速折減應(yīng)用超聲波探傷技術(shù)進行微裂紋增生過程及內(nèi)部損傷測量,以聲速的變化作為主要的表觀特征值。因不同類型試件初始聲速有差異,定義超聲波波速的降低程度ΔV為:式中:ΔV為超聲波波速的降低程度;V0,V1分別為試件在振前及振后的超聲波波速測量值。為了避免內(nèi)部鋼筋對測量的影響,所選取的測點均取自箍筋與箍筋之間的混凝土表面。自上而下共設(shè)置9個測點。具體測點布置如圖1所示。各齡期柱在0.45g及0.15g地震作用下的超聲波波速折減情況如圖6所示。由圖可以發(fā)現(xiàn),裂縫的產(chǎn)生與內(nèi)部損傷的嚴重程度具有緊密的關(guān)系。柱身的內(nèi)部損傷程度表現(xiàn)為兩頭大、中間小,柱根處最為嚴重,且齡期越短,損傷越為嚴重。在0.45g地震作用下,試件Z4柱根處嚴重破壞,裂縫最寬處達到1mm,對應(yīng)其超聲波波速最大折減達到50%。而柱頂處,水平裂縫最寬處達到0.3mm,對應(yīng)其超聲波波速最大折減達到10%之多。齡期達到48h的試件,其超聲波波速折減情況除柱根處,其余均在1%以內(nèi),可見,齡期達到48h的試件,在地震作用下,其內(nèi)部損傷與外觀破壞相一致,均不是很明顯。但在柱根處,仍有一定程度的內(nèi)部損傷。在0.15g地震作用下,試件Z9柱根處最大折損為10%,柱頂處達到3%。齡期達到24h的試件,情況與0.45g地震作用下齡期達到48h的試件類似。在兩種地震作用下18h齡期柱各測點附近的水平裂縫寬度情況如圖7所示,其裂縫寬度基本與測點附近在兩種地震作用內(nèi)部損傷相一致,同樣表下的裂縫寬度情況現(xiàn)為兩頭大、中間小,柱根處最為嚴重。3期達到48h的柱(1)在峰值加速度為0.45g的地震波作用下,早齡期混凝土柱試件均出現(xiàn)較嚴重的破壞,且齡期越短,破壞越嚴重。齡期為12,18,24,36h的柱試件,均出現(xiàn)自柱頂至柱中的水平裂縫,裂縫寬度自上而下呈遞減趨勢。柱根處破壞最為嚴重,產(chǎn)生貫通并發(fā)展至地梁內(nèi)的斜向裂縫。但齡期達到48h后的柱,由于混凝土已具備一定的強度,不至于產(chǎn)生非常明顯的表觀裂縫及破壞。(2)在峰值加速度為0.15g的地震波作用下,齡期處于12,18h的柱試件,產(chǎn)生類似于0.45g地震作用下的柱身水平裂縫,在柱根處同樣產(chǎn)生斜向裂縫,且齡期越短,破壞越嚴重。當混凝土齡期達到24h以后,柱的破壞不明顯。(3)超聲波波速的折減情況表明,柱內(nèi)部損傷與外觀裂縫之間存在緊密的聯(lián)系,且齡期越短,損傷越為嚴重。自柱根至柱身1/3高度范圍內(nèi),在地震作用下產(chǎn)生明顯的內(nèi)部缺陷。在柱身上部,振動后內(nèi)部也存在缺