鋼筋混凝土板柱節(jié)點(diǎn)沖切破壞后性能研究.pdf

1、鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)作為一種常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式在實(shí)際工程當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用，然而由于板柱節(jié)點(diǎn)易發(fā)生沖切破壞，往往被視為結(jié)構(gòu)體系的薄弱環(huán)節(jié)。沖切破壞是突然發(fā)生的脆性破壞，破壞發(fā)生前并無(wú)明顯征兆。結(jié)構(gòu)在局部節(jié)點(diǎn)失效后為達(dá)到新的穩(wěn)定平衡將發(fā)生內(nèi)力重分布，之前由失效節(jié)點(diǎn)所承擔(dān)的荷載將分配至相鄰板柱節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)體系不具備足夠的備用荷載傳遞路徑或強(qiáng)度儲(chǔ)備時(shí)，相鄰板柱節(jié)點(diǎn)將因超載或強(qiáng)度偏低而相繼發(fā)生破壞，引起類(lèi)似“多米諾效應(yīng)”的連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的部分或整

2、體發(fā)生連續(xù)性倒塌。近年來(lái)，全球由于沖切破壞所引起的建筑物倒塌事故造成了大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，這些事故揭示了設(shè)計(jì)規(guī)范的不足以及反思抗沖切相關(guān)規(guī)定的必要性。因此，對(duì)板柱結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力以及沖切破壞后的受力性能進(jìn)行研究，將有助于采取合理的構(gòu)造措施避免連續(xù)性倒塌。
　　與框架結(jié)構(gòu)類(lèi)似，設(shè)計(jì)者們同樣希望板柱結(jié)構(gòu)在偶然荷載作用下仍存在可替換的荷載傳遞路徑。因此，設(shè)計(jì)規(guī)范在板柱節(jié)點(diǎn)受壓區(qū)布置一定數(shù)量穿過(guò)柱頭且連續(xù)的鋼筋，即“整體性鋼筋”

3、。其意圖是期望穿柱鋼筋在節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖切破壞后仍可以提供一部分殘余承載力，類(lèi)似于鋼筋混凝土框架梁縱向鋼筋的懸索作用。然而，沖切破壞后的懸掛作用和受彎板中的拉力薄膜作用在機(jī)理上有明顯的差異。因此，本文以避免板柱結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌破壞為目標(biāo)，針對(duì)鋼筋混凝土板柱節(jié)點(diǎn)沖切破壞后的受力性能進(jìn)行研究。
　　1.設(shè)計(jì)并完成8個(gè)中心荷載作用下鋼筋混凝土板柱節(jié)點(diǎn)的沖切破壞試驗(yàn)，通過(guò)改變沖跨比、縱筋配筋率和穿柱鋼筋布置方式，以期得到能夠提高沖切破壞后承載力、避

4、免連續(xù)倒塌的構(gòu)造措施。采用靜力試驗(yàn)方法對(duì)中柱節(jié)點(diǎn)在下部支承柱失效后的破壞過(guò)程進(jìn)行模擬，在中柱節(jié)點(diǎn)沖切破壞后的懸掛作用階段，以持續(xù)施加中心荷載的方式來(lái)估計(jì)板柱節(jié)點(diǎn)的沖切破壞后承載力?；谠囼?yàn)結(jié)果對(duì)板柱節(jié)點(diǎn)的整個(gè)破壞過(guò)程和受力狀態(tài)進(jìn)行分析，探討板柱節(jié)點(diǎn)在沖切破壞前、后受力機(jī)制的轉(zhuǎn)換過(guò)程和備用荷載路徑的形成過(guò)程。試驗(yàn)結(jié)果表明，縱筋較早的發(fā)生錨固失效，對(duì)沖切破壞后承載力的貢獻(xiàn)非常有限，配置穿柱鋼筋是板柱節(jié)點(diǎn)沖切破壞后是否具有承載力的關(guān)鍵，其在節(jié)

5、點(diǎn)沖切破壞后新的荷載傳遞路徑形成過(guò)程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
　　2.設(shè)計(jì)并完成6個(gè)偏心荷載作用下鋼筋混凝土板柱節(jié)點(diǎn)試件的沖切破壞試驗(yàn)，通過(guò)在加載柱頭施加偏心荷載來(lái)模擬板柱結(jié)構(gòu)局部節(jié)點(diǎn)失效后相鄰節(jié)點(diǎn)在附加剪力和不平衡彎矩共同作用下的受力工況。另取縱筋配筋率和穿柱鋼筋布置方式作為參數(shù)對(duì)板柱節(jié)點(diǎn)的受力性能和破壞機(jī)理進(jìn)行研究，并將其試驗(yàn)結(jié)果與具有相同沖跨比的中心加載試件進(jìn)行對(duì)比分析。此外，還對(duì)穿柱鋼筋的性能和可靠性進(jìn)行研究，以期能夠得到

6、板柱節(jié)點(diǎn)沖切破壞后荷載傳遞機(jī)制的物理解釋。
　　3.以試驗(yàn)研究為依托，利用有限元軟件ATENA對(duì)板柱節(jié)點(diǎn)的受力過(guò)程和應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行非線性有限元模擬分析。模擬結(jié)果表明，預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，采用位移控制法能夠獲得板柱節(jié)點(diǎn)沖切破壞后的受力行為，同時(shí)具有較好的穩(wěn)定性。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比并結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)構(gòu)件的整個(gè)加載過(guò)程的受力狀態(tài)進(jìn)行分析，揭示了板柱節(jié)點(diǎn)沖切破壞前后應(yīng)力分布以及備用荷載傳遞路徑形成的過(guò)程。
　　4.以國(guó)內(nèi)外既

7、有方形中柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為評(píng)估樣本，對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于沖切承載力計(jì)算和規(guī)定的差異?；趯?duì)樣本的回歸分析，提出形式簡(jiǎn)單的無(wú)腹筋板沖切承載力建議計(jì)算公式，預(yù)測(cè)值與樣本吻合較好。
　　5.對(duì)沖切破壞后板柱節(jié)點(diǎn)的失效機(jī)理和失效模式進(jìn)行分析并建立理論分析模型，通過(guò)對(duì)板內(nèi)鋼筋豎向承載力分量和混凝土抗崩裂強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比分析，提出沖切破壞后承載力的理論計(jì)算公式與計(jì)算流程，并對(duì)該計(jì)算方法的合理性進(jìn)行驗(yàn)證，預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相符。
　　6