[发明专利]一种增强高强混凝土墩柱延性的方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑技术领域，涉及一种增强高强混凝土墩柱延性的方法。

背景技术

现有技术中，利用高强钢筋提高高强混凝土墩柱抗震性能的基本原理是通过配置相对密集的水平高强箍筋，有效地约束核芯混凝土，使其处于三向受压状态，最大限度地提高核芯混凝土的强度和变形能力；另外，沿柱的纵向除配置适当的普通钢筋外，还配置适量的高强钢筋。试验表明，这种配置钢筋的方法，将使柱的整体处于有利的耗能状态，其延性能够满足强震要求。

现有提高高强混凝土墩柱的延性技术方案主要有两种：

(1)采用钢管混凝土技术

方法是在钢筋里面浇高强混凝土，主要应用于大跨桥梁和高层建筑当中，其约束效果明显，但是造价高，施工复杂，且受到施工条件的限制。

(2)采用FRP(FiberReinforcedPlastics)加固技术

利用FRP加固，能有效提高高强混凝土墩柱的延性，其作法是在高强混凝土墩柱的外面裹覆FRP材料的方法，其实质也是利用约束混凝土的原理提高延性，但FRP弹性模量低，其关键技术还有待进一步研究。

目前，增强高强混凝土变形能力，提高高强混凝土延性的主要措施有：

(1)提高配筋构件的配箍率，或使用方格网约束混凝土，通过对高强混凝土构件提供横向变形约束，来实现增强纵向变形能力的目的。

(2)在高强混凝土中掺加钢纤维形成钢纤维高强混凝土，利用改性混凝土的特点来改善混凝土的变形能力，提高混凝土的延性。

(3)采用钢管混凝土结构。

(4)采用钢-混凝土组合结构。

这些方法施工复杂，造价高，有些关键技术还不成熟。我国《混凝土结构设计规范》和《建筑结构抗震规范》有提到，在框架柱根处采用加密箍筋的方法来提高普通混凝土柱的延性，但是这种方法目前只适应于普通混凝土，对高强混凝土，没有说明。这几年由于高强混凝土诸多优点，得到了越来越广泛的应用，如何有效地提高高强混凝土墩柱的延性，迫切需要一种更为合理科学，简单直观，经济实用的方法，以满足抗震地区对高强混凝土的需要。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提出了一种简单可行、造价低廉的增强高强混凝土墩柱延性的方法。高强混凝土由于强度高、脆性大，在抗震地区的使用受到限制，如果利用高强钢筋约束混凝土，一方面可以拓宽高强钢筋在抗震领域的应用范围，另一方面可以有效提高高强混凝土墩柱的抗震性能。其操作方法简单，抗震机理明确，不仅能节约总的用钢量，而且抗震效果明显，能完全满足高强混凝土墩柱抗震的需求，解决长期以来结构工程师没有解决的难题，为建筑抗震规范的修订提供非常有价值的数据，为房屋和桥梁安全提供良好的保障。

本发明的重要意义体现在以下几方面：

(1)能满足行业发展的需求。在土木工程领域中，钢筋混凝土柱的进展与其材料的进步密切相关。随着钢筋和混凝土材料性能的改进，柱的形状和力学性能发生明显改善。目前，混凝土和钢筋等材料已经得到长足的进步，高强混凝土和高强钢筋在行业中的使用已经非常普遍，开展对配有高强钢筋的高强混凝土墩柱的应用迫在眉睫。

(2)有效解决制约高强混凝土墩柱的瓶颈问题。高强混凝土墩柱变形性能相对较弱，导致其抗震延性性能较差，虽然高强混凝土墩柱材料的强度较高，但变形性能相对较弱，抗震性能相对较弱。然而，材料的变形性能差并不一定其构件(或结构)的变形性能也差。合理配置高强度钢筋是提升高强混凝土墩柱变形性能并解决该瓶颈问题的一个有效措施。

(3)利用高强钢筋改善高强混凝土墩柱的抗震性能的技术逐渐成熟，其关键的核心技术问题已得到有效解决。国内外诸多相关研究成果已经证明，利用高强钢筋改善高强混凝土墩柱的变形性能并提高其抗震能力是可行的，也是有效的，其应用的前景十分广阔。

(4)该技术的研究与应用，将带来巨大的经济和社会效益。我国混凝土和钢筋材料资源丰富，钢筋混凝土结构应用领域很广。另外，高强度材料的开发和利用可以有效节约资源，利于环保，符合节能减排的国策。

其技术方案如下：

一种增强高强混凝土墩柱延性的方法，包括以下步骤：

(1)根据需要确定高强混凝土墩柱的延性需求，即需要达到的位移延性系数；

(2)根据需要的位移延性系数与高强混凝土墩柱的高强钢筋的配筋关系，确定高强钢筋的含量：高强箍筋的强度比为0.90，高强纵筋的强度比为0.71；

(3)根据高强钢筋的含量确定高强箍筋的级别和间距，以及纵向钢筋的级别和数量。