王迎峰

摘 要：為了研究配筋率對不銹鋼鋼筋混凝土橋墩的抗沖擊性能影響，該次實驗采用多功能超高重型落錘試驗系統(tǒng)，分別對兩組配筋率不同的不銹鋼鋼筋混凝土橋墩模型試件進(jìn)行水平?jīng)_擊試驗研究，試驗獲取了試件的沖擊力時程曲線、不銹鋼鋼筋應(yīng)變時程曲線、位移時程曲線，試驗結(jié)果表明：在相同沖擊能量下，隨著縱向配筋率的提高，不銹鋼鋼筋混凝土橋墩的抗沖擊力提高，柱頂?shù)奈灰茰p小，主要受力位置的不銹鋼鋼筋變形變小。

關(guān)鍵詞：配筋率 不銹鋼鋼筋混土 橋墩 沖擊

中圖分類號：U443.22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（c）-0063-03

近年來，船舶撞擊橋墩、汽車撞擊高架橋墩等事件屢屢發(fā)生，建筑物時刻面臨受到外部動荷載的影響，一旦受到破壞，對整個建筑物或構(gòu)筑物帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。目前工程中大部分是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所以，研究碰撞沖擊荷載作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能特別有意義。目前，國內(nèi)一些重要工程中開始使用不銹鋼鋼筋材料，不銹鋼鋼筋具有很強(qiáng)的抗拉性能和耐腐蝕性能，國外對不銹鋼鋼筋材料應(yīng)用比較早，對于不銹鋼鋼筋材料的靜態(tài)力學(xué)性能研究比較多，但對于不銹鋼銹鋼材料結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能研究不多。徐林楓[1]等對橋墩受到撞擊力時橋墩所受的撞擊力的計算方法進(jìn)行了研究，GEORGIN J F[2]等對沖擊荷載下鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行了仿真分析，W.Fan[3]采用了沖擊分譜法對橋梁結(jié)構(gòu)受到船舶撞擊力進(jìn)行了分析研究，H.sharma[4]采用有限元數(shù)值模擬的方法研究了鋼筋混凝土柱受到車輛撞擊時的動力響應(yīng)，周澤平[5]等對鋼筋混凝土梁在低速沖擊下的變形與破壞進(jìn)行了研究，朱聰[6]等研究了碰撞荷載下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)以及損傷機(jī)理，Michigan Technological University[7]進(jìn)行了不銹鋼鋼筋混凝土梁端粘結(jié)試驗，趙峰[8-9]等進(jìn)行了不銹鋼鋼筋混凝土梁、柱抗震性能試驗。該文通過不同配筋率的不銹鋼鋼筋的橋墩來進(jìn)行抗沖擊性能的試驗研究。

1 實驗方案

1.1 試件設(shè)計

該次試驗采用強(qiáng)度等級C40的混凝土，試件截面尺寸采用Φ340 mm，高度為2 200 mm，設(shè)計了兩組不銹鋼鋼筋混凝土圓形橋墩試件，其中縱向鋼筋均采用法國UGITCH公司生產(chǎn)的S2304雙相不銹鋼鋼筋（UGIGRIP1.4362），縱向鋼筋對稱配筋，配筋率在2.08%～3.46%，箍筋采用Φ8 mm的普通鋼筋HPB300。該次試驗試件編號及設(shè)計參數(shù)見表1，小車的撞擊速度參數(shù)見表2。

1.2 試驗裝置

該次試驗在佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院的超高落錘沖擊試驗機(jī)上進(jìn)行，落錘試驗機(jī)是最常用的沖擊試驗裝置，該試驗機(jī)系統(tǒng)由豎向落錘試驗機(jī)和水平牽引碰撞試驗機(jī)兩部分組成。為了模擬橋墩真實受力狀態(tài)，橋墩試件通過高強(qiáng)螺栓固定在底座上，試件頂部軸力由安裝在反力架上的千斤頂提供，試驗裝置如圖1所示

1.3 測點布置

試驗主要對鋼筋應(yīng)變以及試件位移進(jìn)行了采集記錄，根據(jù)試件的受力特點分析，自上而下共布置了6個鋼筋應(yīng)變片，如圖2所示。試件撞擊背面布置了3個最大量程為300 mm和1個最大量程為200 mm的C-300拉桿式電阻位移計，其布置如圖3所示。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 沖擊力時程曲線

圖4為C1-20、C1-20a橋墩在沖擊高度4 m時沖擊力時程曲線圖，通過沖擊力時程曲線分析，沖擊力曲線近似于三角形的脈沖信號曲線，碰撞過程發(fā)生在瞬間，沖擊力時程曲線都經(jīng)歷迅速上升階段達(dá)到峰值和迅速下降階段趨于平衡。當(dāng)落錘高度提升為4m高度時，小車在時間為1.08 s碰撞橋墩，此時沖擊力會迅速出現(xiàn)峰值， 然后再開始慢慢減弱。在相同的錘重和小車的重量下，小車速度為2.2 m/s，C1-20a橋墩沖擊力峰值為1 435 123N，而C1-20橋墩沖擊力峰值為1 829 496N，沖擊力峰值相對增加為27.4%。隨著配筋率的增加，橋墩的整體剛度提高了，橋墩的抗沖擊力也提高，在工程應(yīng)用中，配筋率對于橋墩的抗沖擊力設(shè)計具有重要的指導(dǎo)作用。

2.2 不銹鋼鋼筋時程曲線

圖5為2#不銹鋼鋼筋應(yīng)變時程圖，2#鋼筋位于橋墩底部，從圖中可以分析得出，當(dāng)小車碰撞橋墩模型試件時，2#不銹鋼鋼筋處于受拉狀態(tài)，不銹鋼鋼筋處于彈性階段，不銹鋼鋼筋變化曲線與沖擊力曲線變化趨勢大致相同，C1-20a橋墩模型試件鋼筋應(yīng)變?yōu)?.001 27，而C1-20的橋墩模型試件不銹鋼鋼筋應(yīng)變?yōu)?.000 315，不銹鋼鋼筋應(yīng)變相對減小為75.2%，由于配筋率的提高，橋墩整體的剛度及抗彎剛度增大，不銹鋼鋼筋鋼筋的具有很強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，不銹鋼鋼筋變形變小。

2.3 位移時程曲線

圖6為橋墩頂部1#位移時程曲線圖，當(dāng)橋墩試件受到撞擊時，碰撞過程很短暫，位移迅速增大到峰值，然后又迅速回落。C1-20a的橋墩頂部1#位移為10.7 mm，產(chǎn)生了一定的殘余變形，而C1-20的橋墩頂部1#位移為9.6 mm，產(chǎn)生殘余變形很小。在相同沖擊能量下，隨著配筋率提高，橋墩頂部位移相對減少為10.2%。配筋率高的橋墩試件，抵抗變形能力增強(qiáng)，提高橋墩的抗沖擊力能力。

3 結(jié)論

（1）在相同的沖擊能量下，隨著橋墩縱向鋼筋配筋率提高，提高了橋墩靜態(tài)受壓承載力和抗沖擊能力。

（2）通過不銹鋼鋼筋應(yīng)變時程曲線分析，配筋率的提高，不銹鋼鋼筋受力變小，提高橋墩截面的抗彎剛度。

（3）在相同沖擊能量下，通過位移時程曲線分析，配筋率提高，可以延緩橋墩進(jìn)入塑性階段，提高橋墩抗破壞能力，提高結(jié)構(gòu)壽命。

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