板柱节点的破坏形式及改进方法VIP免费

第15卷�第6期���建筑科学�BUILDINGSCIENCE1999年板柱节点的破坏形式及改进方法许清风�蒋永生�梁书亭��������王安华(东南大学土木工程学院�南京210096)��(南通市规划设计院)摘�要�本文通过对已有板柱节点试验结果的总结,得出了板柱节点的破坏形式包括冲切破坏、弯曲破坏和锚固破坏,分析了板柱节点发生各种破坏的条件,列举了几种改善后的节点形式,对研究和设计有一定的借鉴作用。关键词�板柱节点�冲切破坏�弯曲破坏�破坏条件1�前�言平板结构因其具有结构体系简单、传力路径简捷、节约净高等优点,近年来,得到了广泛的应用。但这类结构对冲切破坏比较敏感,而冲切破坏是发生在局限于集中力作用区域附近的剪切型破坏,对于板柱节点而言,冲切破坏发生在靠近柱边的板域内。冲切破坏是带有严重灾难性后果的无征兆的脆性破坏,在实际工程中应予避免。本文在已有文献[1~6]的基础上,分析了板柱节点发生弯曲破坏和冲切破坏的条件,并提出几种改进的节点形式。2�板柱节点的破坏形式板柱节点通常有三种破坏形式,即弯曲破坏、冲切破坏和锚固破坏。2�1�弯曲破坏弯曲破坏是因为塑性铰线的形成而导致的破坏。板柱节点的弯曲破坏表现为首先在受拉面出现水平裂缝,随着荷载的增加,水平裂缝沿板面贯通,裂缝处的钢筋开始屈服;随着荷载的继续增加,钢筋大范围屈服。板柱节点的弯曲破坏可用混凝土的初裂、钢筋初始屈服和钢筋普遍屈服三个特定状态作为界限。在加载初期,板柱节点处于弹性阶段,随着荷载的增加,在柱边出现裂缝且不断向板角和板边发展,应变和挠度的增长加速,钢筋开始屈服;随着荷载进一步的增加,虽然新裂缝较少出现,但原有裂缝的缝宽加大,变形集中加剧,柱边主裂缝处的钢筋率先达到流限,远离柱边的钢筋也达到屈服;当与主裂缝相交的钢筋普遍达到屈服,塑性铰线形成后,板柱节点发生弯曲破坏[7]。板柱节点弯曲破坏的荷载�位移曲线的下降段较为平缓,荷载�位移曲线所包围的面积即节点的耗能能力相应较大,节点破坏时的变形也相应较大,节点的延性相对较好,为有预兆的延性破坏。2�2�冲切破坏与弯曲破坏相比,冲切破坏试件受拉面的裂缝均较细,径向裂缝较多,但没有明显的主裂缝。冲切破坏发生在屈服线形成以前,即在钢筋还未屈服时就已破坏,故挠度较小,破坏呈明显脆性。这种破坏表现为柱头连同截锥体突然从板中冲出,板的受拉面形成一圈撕开状裂痕,与此同时,荷载骤降,挠度猛增。相对于弯曲破坏,冲切破坏是一种近柱板域的局部破坏[5]。冲切破坏的荷载�位移曲线的上升段,一般可用两段斜率不同的折线来表示,第1段斜率为板柱节点未开裂时的刚度;第2段大约从210�2Vf(Vf为板柱节点的破坏荷载)开始,其斜率约为第1段折线斜率的四分之一[5]。冲切破坏的板柱节点的荷载�位移曲线的下降段较为陡峭,承载力下降幅度大,节点的耗能能力较小。破坏时节点的位移较小,为没有预兆的脆性破坏。根据冲切破坏耗能能力的大小,又可将其分为纯冲切破坏和延性冲切破坏[5]。2�3�锚固破坏锚固破坏指在竖向荷载作用下,板柱节点中的钢筋发生滑移,导致钢筋和混凝土之间的粘结失效,严重时可导致钢筋从混凝土中拔出。锚固破坏可通过构造措施来加以避免,同时高强混凝土的应用也可克服这种破坏[3]。3�板柱节点发生冲切破坏和弯曲破坏的临界条件��通过试验研究[2]可知,只有在节点核心区有较高的配筋率时,才会形成冲切锥体,同时配筋的位置对冲切锥体的形成也有较大影响。也就是说,当配筋不足时,冲切锥体将无法形成,板柱节点将只会发生弯曲破坏。即板柱节点发生冲切破坏的条件为板柱节点的冲切锥体内部强度Vcone大于其冲切强度Vp。板柱节点冲切锥体的内部强度可以通过拉压杆理论由力的矢量合成来求得,如图1所示。V=�i(2�0(Fbi!ri)di∀sin(!i))(1)Ftsi=Fbi!cos(!i)(2)且Vcone=�iFtsi!tan(!i)=42�iAsifsitan(!i)(3)式中�Asi���第i对钢筋的截面积;fsi���第i对钢筋的屈服强度;Ftsi���第i对钢筋的拉力;Fbi���对应于第i对钢筋的混凝土斜压杆的斜压力;!i���第i对钢筋与柱边所成的角度,!0#!i<90∃,大量试验结果表明,!0=30∃。图1�板柱节点核心区力的分解示意图表1�板柱节点破坏形式判别表板编号钢筋面...