设有暗梁板柱结构边柱节点的抗冲切性能研究

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钢筋混凝土板柱结构因其平面布置灵活,使用空间大,能有效降低建筑物层高,且具有施工快捷简单、便于管线布置、综合效益良好等优点,可较好地满足建筑空间和使用功能方面的要求,是一种常见的建筑结构形式。但是板柱结构的节点区域受力复杂,易发生局部冲切破坏,一旦结构的个别节点发生冲切破坏,其原来承受的荷载将重新分布到相邻节点处,容易使结构发生连续坍塌的事故。目前国内外学者对钢筋混凝土板柱结构的板柱节点进行了大量的探索和研究,但已有研究成果中绝大部分是针对中柱节点的试验研究,针对边柱节点的试验研究极少。并且这部分少量的边柱节点试验通常聚焦于研究其抗震性能,针对边柱节点抗冲切性能的试验研究更少。由于边柱节点在重力荷载作用下天然存在不平衡荷载,因此其受力状态变得更加复杂。故有必要对边柱节点的破坏形态和受力性能进行进一步的深入研究。本论文以纵筋配筋率为试验变量,完成了2个设有暗梁边柱节点的冲切试验,对试件的挠度、裂缝、混凝土应变、纵筋及箍筋应变进行了全过程的观测;根据试验现象及板柱节点破坏形态判别公式对试件的破坏模式进行了判别,并将中国、美国、欧洲及英国规范板柱节点抗冲切承载力计算公式所得结果与试验值进行了对比分析;最后采用ABAQUS软件对2个试件的加载过程进行了模拟分析,并分别以纵筋配筋率、纵筋布置方式为变量,用ABAQUS软件对设有暗梁的边柱节点进行了参数化分析。根据以上研究工作,可得出以下主要结论:(1)在破坏阶段,2个边柱节点试件的受拉纵筋均已屈服;纵筋配筋率较小的试件E-SC-1箍筋未屈服,沿柱周边受压区混凝土压碎且压碎区范围较大,最终发生弯曲破坏;配筋率较大的试件E-SC-2部分箍筋屈服,沿柱周边受压区混凝土未见明显压碎,最终发生弯冲破坏。2个试件在破坏过程都表现出较好的变形能力,但较高配筋率的试件变形能力相对较小。(2)纵筋配筋率对边柱节点受力性能有明显影响,试件的初始屈服荷载、弯曲刚度、极限荷载均随纵筋配筋率的提高而增大;受拉纵筋应力沿柱上板带及暗梁的横向分布是不均匀的;极限荷载状态下,柱边以外(34)h0范围内的纵筋基本上进入屈服状态,而较高配筋率的试件,其纵筋屈服范围相对较小。(3)因边柱节点在短边方向上存在不平衡弯矩,在节点区产生了附加剪应力,导致短边方向上的箍筋应变比长边方向上的箍筋应变大;在破坏阶段,距离柱边(12)h0范围的箍筋应变急剧上升,因此宜在距离柱边2h0范围内加强抗冲切措施,而中国规范关于板柱结构在柱边3h0范围内配置抗冲切钢筋的规定是合理的,并且是偏安全的。(4)在约75%Vu的荷载水平时,沿短边方向上的受压区混凝土径向应变在距离柱边约0h的范围内最先出现应变“卸载”现象,其他范围的混凝土径向应变在临近破坏时才表现出应变卸载。(5)在正常使用极限状态对应的荷载作用下,边柱节点试件的受拉区混凝土已经开裂,在靠近柱边的地方出现了径向裂缝和环向裂缝,但是其挠度、混凝土压应变、纵筋应变、箍筋应变均处于较低的弹性水平。(6)在关于板柱节点破坏形态的几个判别公式中,王宝安公式较准确地预测了本次试验2个试件的破坏形态;根据试验测定的不平衡弯矩,对本次试验的边柱节点而言,由不平衡弯矩传递的剪力占等效冲切荷载设计值的30%左右;在各国规范的抗冲切承载力计算公式中,中国规范GB50010-2010和美国规范ACI318-14的计算结果相近,且抗冲切承载能力与等效冲切荷载设计值较吻合,而欧洲规范EC2-04的计算结果最保守。(7)利用ABAQUS软件完成的边柱节点参数化分析结果表明,提高纵筋配筋率可在一定程度上提高边柱节点的抗冲切承载力,当纵筋配筋率低于1%时,提高幅度更大;在总配筋率一定的情况下,通过提高暗梁纵筋比例也可在一定程度上提高边柱节点的抗冲切承载力,当纵筋配筋率低于1%时,提高的幅度更大。
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