浅谈钢筋混凝土柱的双向拟静力实验研究
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摘要：通过双向拟静力实验发现，虽然滞回耗能总和同加载路径的位置长度有关，但双向加载情况下明显大于单向，而且不同加载路径对试件的影响更大。
关键词：混凝土；实验；研究
随着国民经济的发展和社会水平的提高，人们对道路的质量也提出了更高的要求。国内外几次毁灭性的地震，使得大量桥梁毁坏，现代交通网络断裂，造成了重大的人身伤亡和经济损失。通过这几场毁灭性的地震还可看出，现代的钢筋混凝土墩柱在抗震系数上还有所欠缺，我们应对其进行研究改进。
一、钢筋混凝土柱介绍
地震对桥梁的破坏作用是多维的，我们通过对地震灾后桥梁结构的研究发现，在水平方方向上，双向地震要比单向地震对钢筋混凝土柱的破坏要严重。其原因钢筋混凝土柱中一个方向的破坏肯定会牵连到其他方向的抗震效果，两个方向之间会发生摩擦耦合，以至于大大减弱了钢筋混凝土柱的抗震能力。另外一个原因是由于结构在物理方面和几何方面都具有非对称性，使得结构在震后的反应也具有多维性，从而加剧了桥梁的变形、失稳甚至坍塌。引发地震中桥梁灾害的明显特征主要有因为匝筋配置欠缺导致桥梁遭遇弯剪破坏、旧的设计规范有缺陷、断层导致地面错动以及桥墩底座中的纵筋拔出而造成残余倾角等。其中残余倾角的破坏虽然不是致命性的，没有造成桥梁的严重破坏，但是当其大于1度时，会造成视觉上的不安全，因而我会将其拆除。
地震造成钢筋混凝土墩柱的破坏形态主要有以下几种：①弯剪破坏。造成此原因主要是因为旧设计规范中过高估计了混凝土的允许剪应力，造成纵筋切断、锚固长度不足等情况。②弯曲破坏。当桥墩的截面积较小且剪跨较大时，会因为弯曲强度不足造成墩柱破坏。弯曲破坏的主要形式分为轻度、中度和重度破坏。轻度或中度破坏时，表现为墩柱混凝土的保护层脱离、墩柱上部弯曲裂缝以及纵筋屈服等。重度破坏情况下，纵筋严重弯曲或断裂、匝筋拉断等。③剪切破坏。当桥墩的截面积较大且剪跨较小而配置的匝数有不足的情况，容易引发剪切破坏。如果桥墩的横截面为矩形时，当匝筋的弯钩度数为90度、锚固长度不够或者轴压过高也会引发剪切破坏。
二、双向拟静力实验
研究钢筋混凝土结构的多维性抗震意义非凡，然而这个问题研究起来异常复杂，目前还没有教好的恢复力模型和非线性动力分析装置，因而我们需要采取实验方式对其进行研究。S.N.Bousias层采用多种双向加载规则对其进行研究，而每个方向上均是单一控制模型。Chang S Y通过设计研究桥墩模型，分析发现一个方向的损伤定会影响另一方向的抗震能力。 通过位移加载模型研究钢筋混凝土墩柱在双向受力以及扭转耦合情况下的抗震性能，结果表明在多维地震力作用下，钢筋混凝土的恢复能力、损伤特性都和一维地震作用有差距。当前，拟静力实验是研究钢筋混凝土结构性能最普遍的方法，此方法可提供各类信息。
1、拟静力实验。当前适用于拟静力的控制方案有力控制、位移控制或者二者混合控制，而加载规则也很多，对于控制模型的选择也较难，特别是控制模型的条件转换。多维拟静力实验在力的控制阶段、位移控制阶段又不同于一维的拟静力实验。目前，我们为了保证拟静力实验能够在XY平面上能够加载轨迹，我们可通过位移控制模型对其进行加载，而且位移量测采用独立外置传感器。实验过程中我们通过基于MTS公司生产的控制系统开发出了多维拟静力实验控制软件TUMT。它采用了六种加载规则，具有良好的人机界面，通过表格或图形输入参数、配置设备、并实行监测控制，最重要的一点是它可模拟实验。在位移控制模型下主要有内位移控制、外位移控制以及命令值控制。TUMT还可实时显示XY轨迹、力传感器的测量值以及试件的形态等。
本实验所采用的钢筋混凝土柱的主筋为直径为12的螺纹钢筋，匝筋为直径为6的钢筋。试件的配比为砂：石：水泥：水为7：10：3：2。试件的XY方向采用的是规格相同的加载作动器。7种加载规则列表如下表所示。实验过程中X方向加载为第一次为5毫米，绕3圈，然后再是5毫米，绕3圈，依次往下。XY方向的幅值比为5比4。实验过程中采用的是外位移控制。
2、实验结果。①通过观察试件的滞回曲线我们发现，RC-1下降最严重，下降最轻的为RC-2，在XY两个方向上的下降趋势相同。②单纯的观察XY方向的累积滞回耗能来看，RC-6和RC-3比RC-0大，其他的都小于RC-0。但理论上任何双向加载试件的耗能都应大于单向加载的耗能。用于解释此现象的理由是，在幅值相同情况下，滞回耗能的总和同加载路径位置、长度都有关系。③通过滞回曲线很难确定屈服力，我们需要通过计算80%的最大承载力来计算屈服力。公式如下；
其中，xdyd 分别为80%极限承载力下的xy方向的位移，xm则为最大位移值，E为滞回耗能总和，Q为屈服力、β为系数。通过以上公式的技术发现，损伤最轻的是RC-0单向加载试件，然后是RC-3、RC-1、RC-5，损伤最重的是双向加载器件RC-2。通过对比双向作用力和单向作用力，我们发现钢筋混凝土柱的承载能力有所差异。在双向力的作用下，钢筋混凝土柱的滞回耗能能力、塑性以及恢复力都有所影响。通过双向拟静力实验发现，虽然滞回耗能总和同加载路径的位置长度有关，但双向加载情况下明显大于单向，而且不同加载路径对试件的影响更大。
总结：虽然我们通过多维拟静力实验可得知以上信息，但是还有很多问题需要解决，对于加载规则的确定、加载路径的选择还没有一个明确规定，对于多维拟静力实验得到的现象和数据还需进一步完善和分析。