鋼筋混凝土短柱抗剪問題探究淺見

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1、鋼筋混凝土短柱抗剪問題探究淺見　　摘要：國內(nèi)外歷次大地震震害表明，鋼筋混凝土短柱易發(fā)生脆性剪切破壞并引起結(jié)構(gòu)的倒塌。本文總結(jié)了國內(nèi)外開展的鋼筋混凝土短柱抗震問題的若干進(jìn)展，認(rèn)為盡管國內(nèi)外對(duì)短柱抗剪問題開展了較多的試驗(yàn)和理論分析工作，但其涉及的抗剪分析模型，延性抗震設(shè)計(jì)方法等仍未實(shí)現(xiàn)，宜開展進(jìn)一步的研究。關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土短柱；抗剪強(qiáng)度；抗震能力；試驗(yàn)研究；理論分析中圖分類號(hào)：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1.引言鋼筋混凝土柱在地震荷載下的破壞會(huì)導(dǎo)致建筑物倒塌，尤以短柱引起的破壞更為嚴(yán)重。國內(nèi)外歷次大地震震害調(diào)查表明，短柱由于剛度大，地震作用下分配到的剪力較大，

2、其延性又較差，變形及耗能能力小，因而會(huì)率先破壞。盡管國內(nèi)外對(duì)短柱抗剪問題進(jìn)行了較多的試驗(yàn)研究和理論分析，但其涉及的抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算、延性抗震設(shè)計(jì)理論等問題仍未很好解決，本文對(duì)鋼筋混凝土短柱抗剪問題開展的相關(guān)研究進(jìn)行了綜述，總結(jié)了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，以期推動(dòng)鋼筋混凝土短柱抗剪問題研究的進(jìn)一步發(fā)展。2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8鋼筋混凝土框架柱由于同時(shí)承受彎矩、剪力與軸力的復(fù)合作用，其抗剪機(jī)理較為復(fù)雜，影響因素眾多。同時(shí)，由于混凝土在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的強(qiáng)度理論尚不成熟，混凝土開裂后內(nèi)部變形協(xié)調(diào)關(guān)系尚不完善，因而至今沒有能夠從根本上解決剪切破壞的力學(xué)關(guān)系問題，由解析法建立剪切強(qiáng)度計(jì)算公

3、式還相當(dāng)困難。目前，鋼筋混凝土框架柱抗剪強(qiáng)度的分析方法綜合起來大致有以機(jī)理分析為基礎(chǔ)的計(jì)算模型方法、以實(shí)驗(yàn)資料為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)分析、非線性有限元分析方法等[1]。早在1968年Yamada就提出了短柱的問題。經(jīng)過研究，他與合作者們確定了短柱的劃分界限，并提出了計(jì)算模型，包括有限元模型，臨界應(yīng)力點(diǎn)模型及桁架理論等。日本建設(shè)省建筑研究院在1978年組織了大規(guī)模的短柱單向及雙向加載的試驗(yàn)研究工作。南宏一和若林實(shí)等日本學(xué)者在鋼筋混凝土框架短柱破壞機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，借鑒勁性鋼筋混凝土框架柱抗剪分析方法，建立了新的短柱剪切強(qiáng)度計(jì)算方法。他們認(rèn)為，框架柱在彎矩、軸力、剪力等復(fù)合受

4、力作用下，其內(nèi)力由梁機(jī)理和拱機(jī)理共同承擔(dān)。由累加強(qiáng)度理論，將兩部分抗力相疊加，得到構(gòu)件的總抗力。這種分析模型稱之為桁架－拱模型。Jirsa及合作者們研究了短柱雙向受荷時(shí)的特性及不同加載歷史的影響，提出了經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。Kaneko、Tanaka等人的研究結(jié)果指出：主筋粘結(jié)對(duì)短柱特性有很大的影響，并據(jù)此提出了桁架計(jì)算模型[2]。8西安冶金建筑學(xué)院周小真、姜維山[3]制作了18個(gè)短柱試件。所有試件剪跨比均為1.0，通過在低周反復(fù)循環(huán)水平荷載及高軸壓作用下的試驗(yàn)研究。探討了高軸壓作用下短柱的抗震性能。通過試驗(yàn)分析，得出的結(jié)論如下：1)軸壓比是影響鋼筋混凝土短柱抗震性能的

5、主要因素。軸壓比小于0.8時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨軸壓比的增加而增加，延性隨軸壓比的增加而減?。惠S壓比大于0.8時(shí)，抗剪強(qiáng)度隨軸壓比的增加而減小，此時(shí)，構(gòu)件不具有延性。2)短柱的破壞形態(tài)有彎曲，剪切，高剪壓等形式，它們與軸壓比、混凝土強(qiáng)度、配筋率等因素有關(guān)。3)小剪跨比的短柱，低配箍率時(shí)箍筋對(duì)短柱抗剪強(qiáng)度作用較小。這時(shí)因?yàn)槎讨霈F(xiàn)斜裂縫，主要取決于混凝土本身的力學(xué)性能，構(gòu)件出現(xiàn)斜裂縫，混凝土已失去了整體性，剛度及承載力急劇下降。箍筋在混凝土剪裂后應(yīng)力增加，但難以補(bǔ)償混凝土強(qiáng)度的下降。王輝家[4]通過對(duì)30根截面為140mm140mm，剪跨比＝1，縱筋配筋率為1.6%的小剪

6、跨比鋼筋混凝土框架短柱受剪破壞的過程和特點(diǎn)的試驗(yàn)研究，著重分析構(gòu)件抗剪強(qiáng)度隨軸壓比變化的規(guī)律；得出以下結(jié)論：1)抗剪強(qiáng)度與軸壓比的關(guān)系呈非線性，隨著軸壓比的增大，抗剪強(qiáng)度先增后減。2)8小剪跨比構(gòu)件的破壞形態(tài)可以分為剪切斜拉破壞及高壓剪破壞兩種類型。軸力較小時(shí)為剪切斜拉破壞，機(jī)理與框架節(jié)點(diǎn)區(qū)的破壞機(jī)理類似，短柱達(dá)到其抗剪強(qiáng)度時(shí)受壓縱筋屈服；軸力較大時(shí)為高壓剪破壞，破壞形態(tài)類似于小偏壓構(gòu)件，在反復(fù)荷載作用下，柱中兩側(cè)混凝土逐漸破碎，核心區(qū)混凝土面積逐漸減小，最后在高軸壓及水平力的共同作用下，由于柱中主壓應(yīng)力達(dá)到抗壓強(qiáng)度而使之產(chǎn)生破壞。3)小剪跨比構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度，宜

7、考慮縱筋的有利影響。4)小剪跨比構(gòu)件的延性很小。要使其延性滿足抗震要求，應(yīng)從構(gòu)造入手，設(shè)法將剪切破壞形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢推茐男螒B(tài)。5)抗剪強(qiáng)度隨軸壓比而變化，其規(guī)律是當(dāng)軸壓比小于（0.4～0.5）時(shí)，軸壓力使抗剪強(qiáng)度提高，而當(dāng)軸壓比大于（0.4～0.5）時(shí)，軸壓力使抗剪能力降低。6)一般配箍率的增大對(duì)高軸壓構(gòu)件抗剪強(qiáng)度無明顯影響。天津大學(xué)楊建江、康谷貽[5]采用桁架－拱模型，利用平衡條件、協(xié)調(diào)條件和混凝土軟化應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系以及鋼筋的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系，對(duì)鋼筋混凝土框架短柱抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了分析，并利用該方法對(duì)國內(nèi)所做63個(gè)普通混凝土框架短柱的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了強(qiáng)度分析，計(jì)算結(jié)果

8、與試驗(yàn)結(jié)果復(fù)合較好。在此