引言活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete簡(jiǎn)稱RPC）是一種新型水泥基復(fù)合材料。與普通混凝土、高強(qiáng)混凝土和鋼材相比，具有超高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性及良好的抗震和抗沖擊性能等優(yōu)點(diǎn)，在高烈度地震區(qū)，它是一種理想的建筑材料。然而，目前人們對(duì)活性粉末混凝土在橋梁應(yīng)用方面的理論和試驗(yàn)研究都較少，還沒有成熟的理論和統(tǒng)一的規(guī)范。

通過5個(gè)大比例尺活性粉末混凝土空心橋墩試件在反復(fù)荷載作用下的延性性能試驗(yàn)，研究其破壞形態(tài)及縱向配筋率、配箍率對(duì)橋墩試件延性性能的影響。

　　利用ANSYS建立了空心橋墩的有限元模型，分析了試驗(yàn)中未考慮的軸壓比、剪跨比、配筋率及混凝土強(qiáng)度對(duì)橋墩延性性能的影響，為活性粉末混凝土橋墩的延性研究和設(shè)計(jì)提供參考。

　　1試驗(yàn)概況試件采用RPC200（抗壓強(qiáng)度140MPa，抗拉強(qiáng)度20MPa，彈性模量4.8104MPa）制作，試件基本參數(shù)?？v向鋼筋采用HRB335，居中布置，箍筋采用HPB235.試件截面尺寸及鋼筋布置。

　　本試驗(yàn)在北京交通大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)加載設(shè)備為MTS擬動(dòng)力試驗(yàn)系統(tǒng)，具體安裝。試驗(yàn)加載采用變幅位移加載方式，每一級(jí)位移幅值下循環(huán)5次，加載波形為三角形，位移加載順序?yàn)?，4，6，8，10，13，16，19，22，25，30，35，40，45，50，60（mm）以后的位移增量為10mm，直至試件破壞。

　　2試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1破壞形態(tài)首先，在水平荷載作用下，隨著位移幅值的增加，所有試件均在根部正面出現(xiàn)水平橫向微裂縫；隨著荷載的增加，正面水平裂縫向側(cè)面延伸，同時(shí)隨著荷載的往復(fù)在試件的根部出現(xiàn)斜裂縫，水平裂縫在試件的根部逐漸貫通。由于鋼纖維的阻裂作用，試件根部的裂縫數(shù)量逐漸增多且高度范圍逐漸增大。隨著加載位移幅值繼續(xù)增加，試件根部混凝土出現(xiàn)大面積壓潰，試件中的部分鋼纖維逐漸拔出，縱筋屈服外鼓，部分縱筋甚至發(fā)生斷裂，試件的承載力迅速下降而破壞，整個(gè)加載過程中，裂縫處混凝土基本保持裂而不散?？傮w來說，破壞過程比較緩慢，試件的延性較好。4號(hào)墩和5號(hào)墩由于配置了箍筋，在試件的根部出現(xiàn)多道橫向和縱向裂縫，破壞時(shí)縱向鋼筋屈曲，箍筋明顯外鼓，混凝土完整程度較好，塑性鉸發(fā)育較充分，這說明箍筋對(duì)縱向鋼筋和核心區(qū)混凝土的約束作用提高了試件的延性。部分橋墩試件的最終破壞形態(tài)照片。

　　2.2滯回曲線部分試件的P-（荷載位移）滯回曲線如所示，所有試件的滯回環(huán)均呈梭形，破壞形態(tài)均是彎曲型破壞。P-滯回曲線的主要特點(diǎn)：（1）試件的變形能力很大程度上取決于箍筋對(duì)核心區(qū)混凝土的約束程度，配箍率越大，箍筋的約束作用越強(qiáng)，則試件的滯回環(huán)越豐滿，耗能能力就越強(qiáng)，延性越好。

　?。?）總體上，試件的卸載剛度和再加載剛度隨著位移幅值的增加而退化加快。而在同一位移幅值下，隨著配箍率的增加，試件的卸載剛度和再加載剛度的退化速度逐漸變緩。

　　2.3延性性能從中可以看出，在其他條件都相同的情況下，延性系數(shù)由不配箍筋（3號(hào)墩）時(shí)的3.19增加到配置箍筋（5號(hào)墩，箍筋間距50mm）時(shí)的5.55，即隨著配箍率的增加，延性系數(shù)增大，橋墩的延性增加。就本次試驗(yàn)而言，延性系數(shù)由配筋率2（1號(hào)墩）時(shí)的2.75增加至配筋率6（2號(hào)墩）時(shí)的3.89，在一定的范圍內(nèi)隨著縱筋配筋率的增加橋墩的延性是增加的。

　　3延性數(shù)值分析3.1計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果比較利用ANSYS建立了空心橋墩有限元模型，采用SOLID65單元模擬混凝土，剪力傳遞系數(shù)t=05、c=0.95，LINK8單元模擬鋼筋，COMBIN39單元模擬鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)滑移，加載端及約束處采用SOLID45彈性單元模擬，彈性材料設(shè)為鋼材，避免加載過程中出現(xiàn)應(yīng)力集中。無約束活性粉末混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。由于目前約束活性粉末混凝土的本構(gòu)關(guān)系還未見發(fā)表，故本文未對(duì)配箍率對(duì)試件延性的影響進(jìn)行數(shù)值分析。通過及比較可以看出，在試件發(fā)生嚴(yán)重破壞前，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

　　3.2延性影響因素?cái)?shù)值分析由于試驗(yàn)沒有考慮軸壓比、剪跨比及混凝土強(qiáng)度對(duì)活性粉末混凝土空心橋墩延性的影響。因此，本文采用非線性有限元分析研究軸壓比、剪跨比、縱筋配筋率以及混凝土強(qiáng)度對(duì)橋墩延性的影響。

　　3.2.1軸壓比軸壓比是影響橋墩延性的重要因素之一?？梢钥闯?，當(dāng)軸壓比較小時(shí)延性系數(shù)變化較小，對(duì)于縱筋配筋率為2、4、6的試件，當(dāng)軸壓比分別小于0.2、0.15、0.1時(shí)，試件延性系數(shù)變化較小。當(dāng)軸壓比分別大于0.2、0.15、0.1時(shí)，試件延性系數(shù)下降較快。其中，隨著軸壓比的增加，配筋率較大的試件的延性下降最快，反之則相對(duì)緩慢一些?？傮w上隨著軸壓比的增加，試件延性系數(shù)隨之減小，延性變差。

　　3.2.2剪跨比剪跨比是影響橋墩延性的另一個(gè)重要因素?？梢钥闯?，隨著剪跨比的增加，橋墩延性系數(shù)隨剪跨比增大而增加。當(dāng)試件的剪跨比大于4.0時(shí)，對(duì)于配筋率為2、4、6三種試件的延性系數(shù)都迅速增加；而當(dāng)試件的剪跨比小于4.0時(shí)，三種試件的延性系數(shù)增加趨勢(shì)較為緩慢。顯然當(dāng)剪跨比較小時(shí)，橋墩主要發(fā)生剪切型破壞，脆性性質(zhì)明顯，延性較小。剪跨比較大時(shí)，橋墩的破壞形態(tài)由剪切型向彎曲型轉(zhuǎn)變，破壞過程較為緩慢，延性增加。

　　3.2.3縱筋配筋率從中可以看出，配筋率小于6時(shí)，延性系數(shù)隨著配筋率的增加而增大；配筋率大于6時(shí)，延性系數(shù)則隨著配筋率的增加而減小。這是由于縱筋較少時(shí)，混凝土開裂后，受拉鋼筋的應(yīng)力急劇增加，縱筋迅速屈服破壞，試件承載力迅速下降，其延性系數(shù)較小。

　　縱筋較多時(shí)，混凝土開裂后，由于縱筋較多，鋼筋的變形較小，受壓區(qū)混凝土被壓碎破壞，試件變形較小，延性系數(shù)也較小。從中可以看出，配筋率為6時(shí)，試件的延性最好。

　　3.2.4混凝土強(qiáng)度活性粉末混凝土的強(qiáng)度目前有RPC200和RPC800兩個(gè)等級(jí)，故本文只研究這兩個(gè)強(qiáng)度對(duì)橋墩延性系數(shù)的影響。通過分析，在其他條件相同的情況下，混凝土的強(qiáng)度越高，試件的延性系數(shù)越小，延性系數(shù)由3.68（RPC200）降至3.23（RPC800），亦即墩的延性隨著混凝土強(qiáng)度的提高而變差。

　　4結(jié)論通過以上的試驗(yàn)及理論分析，主要結(jié)論如下：（1）試件破壞后基本保持裂而不散，混凝土完整程度較好，塑性階段的承載能力和變形能力較好，這說明活性粉末混凝土試件的延性較好，具有較好的抗震性能。

　?。?）試驗(yàn)結(jié)果表明隨著配箍率的增加，試件的變形能力增強(qiáng)，延性明顯增加，說明增加箍筋是提高橋墩延性的有效措施。

　　（3）隨著軸壓比的增加，試件延性系數(shù)越來越小，延性降低；而隨著剪跨比的增加，試件延性系數(shù)越來越大，延性增加。

　?。?）縱筋配筋率小于6時(shí)，延性系數(shù)隨著配筋率的增加而增大，縱筋配筋率大于6時(shí)，則隨著配筋率的增加延性系數(shù)減小，縱筋配筋率為6時(shí)，試件的延性最好。

　?。?）混凝土的強(qiáng)度越高，試件的變形能力越差，延性系數(shù)越小，亦即活性粉末混凝土橋墩的延性隨著混凝土強(qiáng)度的提高而降低。