胡煥偉，仇實(shí)，廖濱 （中建八局第二建設(shè)有限公司廣東分公司，廣東 深圳 518057）

1 引言

鋼筋混凝土柱在建筑工程中是主要的受力構(gòu)件，房屋建筑在承受外力荷載時(shí)很依賴鋼筋混凝土柱。國際與國內(nèi)學(xué)者對(duì)歷次的地震災(zāi)害展開了大量的研究[1-2]，發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土柱最終破壞形態(tài)很大程度上取決于構(gòu)件的抗彎承載力與抗剪承載力之間的相互競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，由彎曲主導(dǎo)和剪力主導(dǎo)所引起的破壞有著較大的差別。鋼筋混凝土柱在反復(fù)荷載作用下的破壞模式主要分為彎曲型破壞、剪切型破壞及彎剪型破壞三種。其中彎曲破壞在破壞前具有明顯的預(yù)兆，破壞時(shí)鋼筋混凝土柱各部分材料性能得到充分發(fā)揮，而剪切破壞和大部分的彎剪破壞鋼筋混凝土柱屬于脆性破壞，會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)失去承載地震作用的能力，進(jìn)而出現(xiàn)急劇破壞，破壞前沒有征兆，存在較大安全隱患。因此，正確認(rèn)識(shí)鋼筋混凝土柱破壞模式的影響因素，并根據(jù)影響因素做出合理的破壞模式預(yù)測(cè)對(duì)評(píng)估抗震能力和后期加固具有重要的研究意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

2 RC柱地震破壞模式影響因素研究現(xiàn)狀

針對(duì)地震下鋼筋混凝土柱破壞模式的影響因素，國際和國內(nèi)研究人員進(jìn)行了很長時(shí)間的研究，通過力學(xué)分析和工程試驗(yàn)兩個(gè)角度對(duì)鋼筋混凝土柱抵抗地震作用的性能進(jìn)行研究，并深入分析了影響鋼筋混凝土柱破壞模式的關(guān)鍵因素。

2.1 RC柱地震破壞模式影響因素國外研究現(xiàn)狀

Ghee等[3]通過對(duì)25根鋼筋混凝土柱進(jìn)行循環(huán)反復(fù)加載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)位移延性系數(shù)對(duì)鋼筋混凝土柱在地震下的破壞有顯著的影響，位移延性大的鋼筋混凝土柱抗震性能越好。Wong等[4]在Ghee的基礎(chǔ)上，通過反復(fù)加載試驗(yàn)研究了較小剪跨比的情況下不同配箍率、軸壓比及荷載加載方式，對(duì)鋼筋混凝土柱地震破壞模式的影響，分析發(fā)現(xiàn)在軸壓比小的鋼筋混凝土柱易發(fā)生剪切變形，配箍率小的鋼筋混凝土柱在破壞前沒有明顯的征兆，出現(xiàn)脆性破壞。Xiao[5]設(shè)計(jì)了多種鋼筋混凝土柱試件，并對(duì)其進(jìn)行循環(huán)反復(fù)加載試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)具有小配箍率的鋼筋混凝土柱在模擬地震作用的反復(fù)荷載作用下會(huì)出現(xiàn)抗剪強(qiáng)度不足，柱的底部塑性鉸區(qū)域會(huì)發(fā)生彎剪破壞，試件對(duì)作用力表現(xiàn)出部分延性后迅速發(fā)生破壞。Lynn等[6]對(duì)不同設(shè)計(jì)參數(shù)的鋼筋混凝土柱進(jìn)行地震破壞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)施加的軸向壓力和配箍率高的試件能夠承受較長時(shí)間的外力作用，表現(xiàn)出的延性和抗震性能較好。Maekawa和An[7]研究發(fā)現(xiàn)截面尺寸較小、剪跨比大的鋼筋混凝土柱延性較好，這類鋼筋混凝土柱在地震下通常發(fā)生彎曲破壞，而截面尺寸較大、剪跨比較小、縱筋和箍筋配筋率較低的鋼筋混凝土柱則延性較差，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)較寬的斜裂縫并被破壞，這類試件在地震荷載作用下易發(fā)生剪切和彎剪破壞。Sezen和Moehle[8]通過對(duì)鋼筋混凝土柱進(jìn)行不同加載模式的抗震性能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)配箍率小的構(gòu)件施加較小軸向壓力時(shí)通常會(huì)發(fā)生彎剪破壞，施加較大軸向壓力時(shí)會(huì)發(fā)生剪切破壞。Mat?amoros等[9]通過對(duì)2根不同軸壓比的鋼筋混凝土柱進(jìn)行循環(huán)反復(fù)試驗(yàn)，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土柱在承受較大軸向壓力時(shí)，其承載能力和側(cè)向剛度會(huì)出現(xiàn)較快的退化，進(jìn)而發(fā)生剪切破壞，由此得出軸壓比是影響鋼筋混凝土柱破壞模式的重要因素。Boyes等[10]對(duì)低配箍率的鋼筋混凝土柱分別進(jìn)行不同加載模式的地震加載試驗(yàn)，結(jié)果表明，配箍較少的柱更易發(fā)生脆性破壞，在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生失穩(wěn)；而鋼筋混凝土柱在承受雙向力的情況下其延性會(huì)降低，研究得出合適的配箍率會(huì)對(duì)鋼筋混凝土柱的破壞模式產(chǎn)生較大影響。Elwood和Moehle[11]通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)?zāi)M地震荷載，研究了不同軸力對(duì)鋼筋混凝土柱的影響作用，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土柱在承受單向力時(shí)，配箍率越小其發(fā)生剪切破壞的可能性就越大，而承受軸向壓力相對(duì)較小的鋼筋混凝土柱在地震作用下表現(xiàn)出更好的延性。Ghannoum和Moehle[12]通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，低配箍率鋼筋混凝土柱在地震作用下會(huì)首先在彎矩作用下屈服，然后抗剪強(qiáng)度退化發(fā)生剪切破壞，因此鋼筋混凝土柱的地震破壞模式和破壞過程與軸壓力水平、地震動(dòng)強(qiáng)度和延續(xù)時(shí)間相關(guān)。

2.2 鋼筋混凝土柱地震破壞模式影響因素國內(nèi)研究現(xiàn)狀

路湛沁等[13]通過對(duì)鋼筋混凝土柱進(jìn)行抗震性能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)剪跨比相同的鋼筋混凝土柱，其破壞模式主要取決于軸壓比，軸壓比越小，試件的延性越好，越容易發(fā)生彎曲破壞。徐賤云等[14]對(duì)縱筋屈服發(fā)生的鋼筋混凝土柱進(jìn)行了多次循環(huán)加載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)剪跨比和配箍率較大的鋼筋混凝土柱能夠長時(shí)間的承受地震荷載作用，并且在破壞前有明顯的預(yù)兆，延性較好，容易發(fā)生彎曲破壞。姜維山和白國良[15]通過研究配箍形式對(duì)短柱抗震性能的影響，發(fā)現(xiàn)復(fù)合箍和X型配筋相對(duì)普通的配箍形式能夠提高短柱的抗震性能。但無論采用何種配箍形式，相較于普通柱，短柱的抗震效果依然較差，更容易發(fā)生脆性破壞，在實(shí)際工程中應(yīng)避免短柱的出現(xiàn)。管品武[16]通過對(duì)鋼筋混凝土柱的抗震試驗(yàn)研究，對(duì)比多種試件發(fā)現(xiàn)剪跨比較大，并且縱筋和箍筋配筋率適當(dāng)?shù)匿摻罨炷林有宰詈?，承受地震作用的能力最?qiáng)，容易發(fā)生彎曲破壞，而箍筋配置不足或過量的鋼筋混凝土柱則容易出現(xiàn)脆性破壞，在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生倒塌。王震宇等[17]通過對(duì)鋼筋混凝土柱進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)軸壓比越小、配箍率越大、剪跨比越大的鋼筋混凝土柱，在地震作用下的延性和能承受的承載力就越大，越容易發(fā)生彎曲破壞。鞠彥忠等[18]通過對(duì)低縱筋率的鋼筋混凝土柱抗震性能的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)地震荷載作用下低配筋率的鋼筋混凝土柱都會(huì)表現(xiàn)出脆性破壞，而增大剪跨比可以提高鋼筋混凝土柱的延性，使其具有更好的抗震性能。孫治國等[19]通過擬靜力試驗(yàn)，對(duì)不同剪跨比的RC柱抗震性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明，剪跨比為1.5～2，受拉縱筋配筋率≥1%且混凝土強(qiáng)度低的鋼筋混凝土柱不能持續(xù)承受地震作用，容易出現(xiàn)脆性的剪切破壞，破壞前沒有表現(xiàn)出延性，破壞過程較為急速。劉鳴等[20]對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、縱筋配筋率、體積配箍率等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行雙參數(shù)相關(guān)分析和偏相關(guān)分析，認(rèn)為彎曲破壞受縱筋率和剪跨比的影響較為顯著，剪切破壞和彎剪破壞體積配箍率的影響較為顯著。馬穎[21]通過對(duì)不同設(shè)計(jì)參數(shù)（試件尺寸、軸向壓力、配筋率等）的鋼筋混凝土柱進(jìn)行靜力試驗(yàn)和循環(huán)反復(fù)試驗(yàn)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)受軸向壓力較小的長柱、受軸向壓力小且配箍較為稀疏的短柱延性更好，能夠較長時(shí)間承受地震作用，更趨向于發(fā)生彎曲破壞；受軸向壓力較大的長柱、受軸向壓力較小且配箍較為緊密的短柱有部分延性，更趨向于發(fā)生彎剪破壞；剪跨比較小、受軸向壓力較大的鋼筋混凝土柱延性最差，其破壞前沒有明顯征兆，趨向于發(fā)生剪切破壞。劉飛等[22]通過有限元分析發(fā)現(xiàn)，縱筋應(yīng)變率大于箍筋應(yīng)變率是鋼筋混凝土柱由彎曲破壞模式發(fā)展為剪切破壞模式的重要原因，并且隨著軸壓比的增大，RC柱的抗震性能就相對(duì)變差，其破壞模式會(huì)由延性破壞（彎曲破壞）向脆性破壞轉(zhuǎn)變（彎剪破壞或剪切破壞）。崔濟(jì)東[23]對(duì)469個(gè)鋼筋混凝土柱的破壞模式與各影響參數(shù)之間關(guān)系進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)剪跨比和抗剪需求能力比Vp/Vn對(duì)鋼筋混凝土柱的破壞具有明顯關(guān)系：隨著剪跨比的增大，鋼筋混凝土柱更趨向于發(fā)生彎曲破壞；隨著Vp/Vn增大，鋼筋混凝土柱表現(xiàn)出的延性就越差，更易發(fā)生剪切破壞。

3 結(jié)語

通過國內(nèi)外對(duì)于鋼筋混凝土柱地震破壞模式影響因素研究現(xiàn)狀的分析可以發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土柱在地震作用下的抗震性能與眾多因素有關(guān)：柱的尺寸、軸向壓力、剪跨比、配箍和配筋情況位移延性及材料強(qiáng)度等的改變，對(duì)鋼筋混凝土柱破壞模式產(chǎn)生影響，并且各種因素對(duì)破壞模式的影響程度不相同。但現(xiàn)有的研究還未認(rèn)識(shí)到何種因素對(duì)鋼筋混凝土柱的破壞模式起主導(dǎo)作用，導(dǎo)致在對(duì)破壞模式進(jìn)行判別時(shí)，不能合理地選擇判別參數(shù)，理論依據(jù)較為缺乏。因此，在進(jìn)一步研究鋼筋混凝土柱地震破壞模式的影響因素時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注各參數(shù)對(duì)破壞模式的影響程度，從而篩選出對(duì)破壞模式影響最大的幾種因素，并據(jù)此可以對(duì)鋼筋混凝土柱在地震下可能發(fā)生的破壞模式做出有效的預(yù)測(cè)判別。