任亮

摘要：通過雙向擬靜力實驗發(fā)現(xiàn)，雖然滯回耗能總和同加載路徑的位置長度有關(guān)，但雙向加載情況下明顯大于單向，而且不同加載路徑對試件的影響更大。

關(guān)鍵詞：混凝土；實驗；研究

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會水平的提高，人們對道路的質(zhì)量也提出了更高的要求。國內(nèi)外幾次毀滅性的地震，使得大量橋梁毀壞，現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)斷裂，造成了重大的人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。通過這幾場毀滅性的地震還可看出，現(xiàn)代的鋼筋混凝土墩柱在抗震系數(shù)上還有所欠缺，我們應(yīng)對其進(jìn)行研究改進(jìn)。

一、鋼筋混凝土柱介紹

地震對橋梁的破壞作用是多維的，我們通過對地震災(zāi)后橋梁結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，在水平方方向上，雙向地震要比單向地震對鋼筋混凝土柱的破壞要嚴(yán)重。其原因鋼筋混凝土柱中一個方向的破壞肯定會牽連到其他方向的抗震效果，兩個方向之間會發(fā)生摩擦耦合，以至于大大減弱了鋼筋混凝土柱的抗震能力。另外一個原因是由于結(jié)構(gòu)在物理方面和幾何方面都具有非對稱性，使得結(jié)構(gòu)在震后的反應(yīng)也具有多維性，從而加劇了橋梁的變形、失穩(wěn)甚至坍塌。引發(fā)地震中橋梁災(zāi)害的明顯特征主要有因為匝筋配置欠缺導(dǎo)致橋梁遭遇彎剪破壞、舊的設(shè)計規(guī)范有缺陷、斷層導(dǎo)致地面錯動以及橋墩底座中的縱筋拔出而造成殘余傾角等。其中殘余傾角的破壞雖然不是致命性的，沒有造成橋梁的嚴(yán)重破壞，但是當(dāng)其大于1度時，會造成視覺上的不安全，因而我會將其拆除。

地震造成鋼筋混凝土墩柱的破壞形態(tài)主要有以下幾種：①彎剪破壞。造成此原因主要是因為舊設(shè)計規(guī)范中過高估計了混凝土的允許剪應(yīng)力，造成縱筋切斷、錨固長度不足等情況。②彎曲破壞。當(dāng)橋墩的截面積較小且剪跨較大時，會因為彎曲強度不足造成墩柱破壞。彎曲破壞的主要形式分為輕度、中度和重度破壞。輕度或中度破壞時，表現(xiàn)為墩柱混凝土的保護(hù)層脫離、墩柱上部彎曲裂縫以及縱筋屈服等。重度破壞情況下，縱筋嚴(yán)重彎曲或斷裂、匝筋拉斷等。③剪切破壞。當(dāng)橋墩的截面積較大且剪跨較小而配置的匝數(shù)有不足的情況，容易引發(fā)剪切破壞。如果橋墩的橫截面為矩形時，當(dāng)匝筋的彎鉤度數(shù)為90度、錨固長度不夠或者軸壓過高也會引發(fā)剪切破壞。

二、雙向擬靜力實驗

研究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的多維性抗震意義非凡，然而這個問題研究起來異常復(fù)雜，目前還沒有教好的恢復(fù)力模型和非線性動力分析裝置，因而我們需要采取實驗方式對其進(jìn)行研究。S.N.Bousias層采用多種雙向加載規(guī)則對其進(jìn)行研究，而每個方向上均是單一控制模型。Chang S Y通過設(shè)計研究橋墩模型，分析發(fā)現(xiàn)一個方向的損傷定會影響另一方向的抗震能力。 通過位移加載模型研究鋼筋混凝土墩柱在雙向受力以及扭轉(zhuǎn)耦合情況下的抗震性能，結(jié)果表明在多維地震力作用下，鋼筋混凝土的恢復(fù)能力、損傷特性都和一維地震作用有差距。當(dāng)前，擬靜力實驗是研究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能最普遍的方法，此方法可提供各類信息。

1、擬靜力實驗。當(dāng)前適用于擬靜力的控制方案有力控制、位移控制或者二者混合控制，而加載規(guī)則也很多，對于控制模型的選擇也較難，特別是控制模型的條件轉(zhuǎn)換。多維擬靜力實驗在力的控制階段、位移控制階段又不同于一維的擬靜力實驗。目前，我們?yōu)榱吮ＷC擬靜力實驗?zāi)軌蛟赬Y平面上能夠加載軌跡，我們可通過位移控制模型對其進(jìn)行加載，而且位移量測采用獨立外置傳感器。實驗過程中我們通過基于MTS公司生產(chǎn)的控制系統(tǒng)開發(fā)出了多維擬靜力實驗控制軟件TUMT。它采用了六種加載規(guī)則，具有良好的人機界面，通過表格或圖形輸入?yún)?shù)、配置設(shè)備、并實行監(jiān)測控制，最重要的一點是它可模擬實驗。在位移控制模型下主要有內(nèi)位移控制、外位移控制以及命令值控制。TUMT還可實時顯示XY軌跡、力傳感器的測量值以及試件的形態(tài)等。

本實驗所采用的鋼筋混凝土柱的主筋為直徑為12的螺紋鋼筋，匝筋為直徑為6的鋼筋。試件的配比為砂：石：水泥：水為7：10：3：2。試件的XY方向采用的是規(guī)格相同的加載作動器。7種加載規(guī)則列表如下表所示。實驗過程中X方向加載為第一次為5毫米，繞3圈，然后再是5毫米，繞3圈，依次往下。XY方向的幅值比為5比4。實驗過程中采用的是外位移控制。

2、實驗結(jié)果。①通過觀察試件的滯回曲線我們發(fā)現(xiàn)，RC-1下降最嚴(yán)重，下降最輕的為RC-2，在XY兩個方向上的下降趨勢相同。②單純的觀察XY方向的累積滯回耗能來看，RC-6和RC-3比RC-0大，其他的都小于RC-0。但理論上任何雙向加載試件的耗能都應(yīng)大于單向加載的耗能。用于解釋此現(xiàn)象的理由是，在幅值相同情況下，滯回耗能的總和同加載路徑位置、長度都有關(guān)系。③通過滯回曲線很難確定屈服力，我們需要通過計算80%的最大承載力來計算屈服力。公式如下；

其中，xdyd 分別為80%極限承載力下的xy方向的位移，xm則為最大位移值，E為滯回耗能總和，Q為屈服力、β為系數(shù)。通過以上公式的技術(shù)發(fā)現(xiàn)，損傷最輕的是RC-0單向加載試件，然后是RC-3、RC-1、RC-5，損傷最重的是雙向加載器件RC-2。通過對比雙向作用力和單向作用力，我們發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土柱的承載能力有所差異。在雙向力的作用下，鋼筋混凝土柱的滯回耗能能力、塑性以及恢復(fù)力都有所影響。通過雙向擬靜力實驗發(fā)現(xiàn)，雖然滯回耗能總和同加載路徑的位置長度有關(guān)，但雙向加載情況下明顯大于單向，而且不同加載路徑對試件的影響更大。

總結(jié)：雖然我們通過多維擬靜力實驗可得知以上信息，但是還有很多問題需要解決，對于加載規(guī)則的確定、加載路徑的選擇還沒有一個明確規(guī)定，對于多維擬靜力實驗得到的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)還需進(jìn)一步完善和分析。