閆 艷，周錫武 *，王 波，郭沫鋒

（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院交通與土木建筑學(xué)院，廣東佛山 528225）

螺旋箍筋柱以其優(yōu)良的構(gòu)造性能與抗沖擊性能，正廣泛應(yīng)用于各種建筑，因此研究螺旋箍筋約束混凝土的沖擊破壞性能對建筑物的抗沖擊設(shè)計具有重大意義。對于螺旋箍筋構(gòu)件靜態(tài)力學(xué)研究［1-4］和約束混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系研究［5-9］，前輩們做了很多理論分析。王剛［10］進行了鋼筋混凝土柱抗落石撞擊試驗研究，研究落石撞擊對鋼筋混凝土柱的損傷影響，并提出實用的抗撞擊處理措施。顧?quán)l(xiāng)［11］以G213線川主寺至汶川路災(zāi)后復(fù)建工程中一橋梁為研究背景，采用顯示動力分析方法,研究落石沖擊作用下橋梁墩柱的動態(tài)響應(yīng)、損傷規(guī)律及其剩余承載力和橋墩受損后的通行能力評估。張曰果等［12］研究了高強度螺旋箍筋約束下的高強混凝土圓柱的延性性能與其影響參數(shù)之間的關(guān)系，編制了配有高強鋼筋的高強混凝土圓柱延性性能的非線性分析程序,對影響其延性的主要參數(shù)——軸壓比、體積配箍率、箍筋強度、縱筋配筋率等參數(shù)的影響規(guī)律進行數(shù)值分析，揭示該類構(gòu)件的位移延性系數(shù)與其影響參數(shù)之間的關(guān)系。任曉丹［13］等研究了不同加載速率下的箍筋約束混凝土力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)混凝土單軸受壓性能會受到配箍率、應(yīng)變率和混凝土強度等級三者的共同影響。湖南大學(xué)張懷安［14］和孫曉遜［15］探究了落錘軸向沖擊作用下CFRP-螺旋箍筋復(fù)合約束混凝土的抗沖擊性能。討論了FRP 約束混凝土構(gòu)件和螺旋箍筋約束混凝土構(gòu)件的性能特點，在此基礎(chǔ)上提出了FRP-螺旋箍筋復(fù)合約束混凝土構(gòu)件。

1 試驗概述

1.1 試驗設(shè)計

本試驗設(shè)計了10 根不同箍筋間距和直徑的鋼筋混凝土短柱，試件設(shè)計參數(shù)見表1。試件長為1 000 mm，直徑為340 mm，保護層厚度為25 mm，試件混凝土為本地生產(chǎn)C40 混凝土，箍筋采用Ⅰ級熱軋鋼筋HPB300，縱筋采用Ⅲ級熱軋鋼筋HRB335，材料參數(shù)見表2。

表1 試件設(shè)計參數(shù)

表2 材料性能

1.2 試驗方案

本試驗在佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院超高落錘試驗室進行，采用圖1 示意的最新型超高落錘試驗機加載。試驗落錘質(zhì)量為780 kg，將落錘提升至0.5 m，對每根試件依次進行9 次等高度軸向沖擊試驗，通過改變沖擊次數(shù)實現(xiàn)不同沖擊能量的輸入。

圖1 落錘沖擊試驗裝置

沖擊時試件被豎直放在鋼制圓環(huán)底座內(nèi)，底座只起安全防護作用，不對試件產(chǎn)生任何約束，底座用螺栓固定在地面鋼板上。為防止試件受沖擊力后反彈，試件頂部用繩子栓緊固定。將沖擊錘頭與試件軸線物理對中，試驗中保持錘頭中心與試件中心在一條直線上。本試驗采集的數(shù)據(jù)包括沖擊力時程曲線、鋼筋應(yīng)變時程曲線和試件表面裂縫發(fā)展。其中，沖擊力由錘頭的壓力傳感器進行測量。

2 試驗結(jié)果與分析

不同箍筋間距和直徑的螺旋箍筋試件的沖擊力時程曲線對比如圖2～3 所示，為方便比較，將每次沖擊開始時間定為0 時。從圖2 中可以看到，箍筋直徑相同時，螺旋箍筋在低速軸向沖擊荷載作用下的沖擊力時程曲線基本相同。而箍筋間距相同時，試件軸向沖擊力時程曲線變化較大，說明螺旋箍筋直徑對軸向沖擊力的影響大于螺旋箍筋的間距對其的影響，如圖3 所示。從落錘接觸撞擊到反彈卸載，此時柱還未來得及變形，沖擊力主要由柱的剛性平衡。沖擊力峰值后續(xù)時程曲線為沖擊柱構(gòu)件震蕩期曲線，配筋率越大，震蕩越強烈。

圖2 箍筋直徑不同時試件沖擊力時程曲線

圖3 箍筋間距不同時試件沖擊力時程曲線

由表3 可以看出，沖擊力峰值與短柱靜載極限承載力呈正比關(guān)系，即F=αN，與普通箍筋約束混凝土相比，本試驗條件下螺旋箍筋將短柱的沖擊承載力平均提高了33%，說明螺旋箍筋能大大提高了短柱的沖擊承載力。

表3 螺旋箍筋短柱試件沖擊力峰值

圖4a 與圖4b 對比可知，箍筋直徑-沖擊力峰值曲線斜率均大于箍筋間距-沖擊力峰值曲線，說明螺旋箍筋的直徑對沖擊承載力的影響大于螺旋箍筋的間距對其的影響，且當(dāng)螺旋箍筋的直徑越大時，箍筋間距對沖擊承載力的影響越小。由圖4c 可知，沖擊力峰值隨著配箍率增大呈二次線性增大，在配箍率較大（1.94%～2.91%）時，斜率較小，沖擊力隨配箍率增大幅度較?。辉谂涔柯瘦^?。?.68%～1.83%）時，斜率較大，沖擊力隨配箍率增大幅度較大。由此可得，隨著螺旋箍筋配箍率的增大，配箍率對試件沖擊力峰值的影響減弱。

圖4 不同配箍方式-沖擊力峰值曲線

3 結(jié)論

本文通過試驗、理論分析相結(jié)合的方法，詳細分析了9 根不同配箍率螺旋箍筋混凝土短柱在沖擊荷載作用下的沖擊力，研究不同短柱配箍形式對螺旋箍筋約束混凝土短柱沖擊力的影響，得到以下結(jié)論：1）螺旋箍筋的直徑對沖擊承載力的影響大于螺旋箍筋間距對其的影響，且當(dāng)螺旋箍筋的直徑越大時，箍筋間距對沖擊承載力的影響越小。2）沖擊力峰值隨著配箍率增大呈一次線性增大，在配箍率較大（1.94%～2.91%）時，配箍率增大對沖擊力峰值影響較??；在配箍率較?。?.68%～1.83%）時，配箍率增大對沖擊力峰值影響較大。