鋼筋混凝土板柱節(jié)點沖切破壞后性能研究.pdf

1、鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)作為一種常見的結(jié)構(gòu)形式在實際工程當中得到廣泛應(yīng)用，然而由于板柱節(jié)點易發(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)生前并無明顯征兆。結(jié)構(gòu)在局部節(jié)點失效后為達到新的穩(wěn)定平衡將發(fā)生內(nèi)力重分布，之前由失效節(jié)點所承擔的荷載將分配至相鄰板柱節(jié)點，結(jié)構(gòu)體系不具備足夠的備用荷載傳遞路徑或強度儲備時，相鄰板柱節(jié)點將因超載或強度偏低而相繼發(fā)生破壞，引起類似“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，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)濟損失，這些事故揭示了設(shè)計規(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)類似，設(shè)計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)計規(guī)范在板柱節(jié)點受壓區(qū)布置一定數(shù)量穿過柱頭且連續(xù)的鋼筋，即“整體性鋼筋”

3、。其意圖是期望穿柱鋼筋在節(jié)點發(fā)生沖切破壞后仍可以提供一部分殘余承載力，類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，針對鋼筋混凝土板柱節(jié)點沖切破壞后的受力性能進行研究。
　　1.設(shè)計并完成8個中心荷載作用下鋼筋混凝土板柱節(jié)點的沖切破壞試驗，通過改變沖跨比、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。采用靜力試驗方法對中柱節(jié)點在下部支承柱失效后的破壞過程進行模擬，在中柱節(jié)點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估計板柱節(jié)點的沖切破壞后承載力。基于試驗結(jié)果對板柱節(jié)點的整個破壞過程和受力狀態(tài)進行分析，探討板柱節(jié)點在沖切破壞前、后受力機制的轉(zhuǎn)換過程和備用荷載路徑的形成過程。試驗結(jié)果表明，縱筋較早的發(fā)生錨固失效，對沖切破壞后承載力的貢獻非常有限，配置穿柱鋼筋是板柱節(jié)點沖切破壞后是否具有承載力的關(guān)鍵，其在節(jié)

5、點沖切破壞后新的荷載傳遞路徑形成過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
　　2.設(shè)計并完成6個偏心荷載作用下鋼筋混凝土板柱節(jié)點試件的沖切破壞試驗，通過在加載柱頭施加偏心荷載來模擬板柱結(jié)構(gòu)局部節(jié)點失效后相鄰節(jié)點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)對板柱節(jié)點的受力性能和破壞機理進行研究，并將其試驗結(jié)果與具有相同沖跨比的中心加載試件進行對比分析。此外，還對穿柱鋼筋的性能和可靠性進行研究，以期能夠得到

6、板柱節(jié)點沖切破壞后荷載傳遞機制的物理解釋。
　　3.以試驗研究為依托，利用有限元軟件ATENA對板柱節(jié)點的受力過程和應(yīng)力狀態(tài)進行非線性有限元模擬分析。模擬結(jié)果表明，預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好，采用位移控制法能夠獲得板柱節(jié)點沖切破壞后的受力行為，同時具有較好的穩(wěn)定性。通過與試驗結(jié)果進行對比并結(jié)合試驗現(xiàn)象對構(gòu)件的整個加載過程的受力狀態(tài)進行分析，揭示了板柱節(jié)點沖切破壞前后應(yīng)力分布以及備用荷載傳遞路徑形成的過程。
　　4.以國內(nèi)外既

7、有方形中柱節(jié)點試驗數(shù)據(jù)作為評估樣本，對比分析國內(nèi)外設(shè)計規(guī)范關(guān)于沖切承載力計算和規(guī)定的差異?；趯颖镜幕貧w分析，提出形式簡單的無腹筋板沖切承載力建議計算公式，預(yù)測值與樣本吻合較好。
　　5.對沖切破壞后板柱節(jié)點的失效機理和失效模式進行分析并建立理論分析模型，通過對板內(nèi)鋼筋豎向承載力分量和混凝土抗崩裂強度進行對比分析，提出沖切破壞后承載力的理論計算公式與計算流程，并對該計算方法的合理性進行驗證，預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果相符。
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