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钢筋混凝土异形柱节点受剪承载力研究

引言

采用L形、T形及十字形等异形截面柱，可以避免房间边角因采用矩形柱时所产生的棱

角突出，使房间平整、布置灵活，具有良好的发展前景，异形柱结构体系作为一种新型结构形式，已在国内许多地区推广应用。国内外研究表明，钢筋混凝土框架的梁柱节点是结构抗震的一个薄弱环节，它的破坏是引起建筑物破坏的主要原因之一。本文总结了国内钢筋混凝土异形柱框架节点受力性能的研究成果，归纳了异形柱节点抗剪性能的影响因素，分析了异形柱节点核心区抗剪原理及高轴压比高地震作用下异形柱节点受力性能。

2节点抗剪原理

目前，关于异形柱节点抗剪性能的试验或理论研究较少，由于异形柱节点与矩形柱节点均采用钢筋和混凝土材料，且构造方式相近，因此普遍认为异形柱节点的抗剪原理与矩形柱节点抗剪原理相似。根据受力机理研究，归纳总结出节点抗剪机理主要是通过三种传力机构来实现的，分别为：斜压杆机构、桁架机构和约束机构（约束效应）。

1.斜压杆机构

如图1(a)所示，梁柱端受压区混凝土的压力，在抵消了相应部分的柱端及梁端剪力后，所余的大部分将在节点核心区斜向一定宽度范围内合成为斜向压力，从而形成以传递斜向压力为功能的斜压杆机构。

2.桁架机构

如图1(b)、(c)所示，由梁柱筋贯穿阶段通过粘结传给四周混凝土的剪应力，在抵消了相应部分的柱端、梁端剪力之后，所余部分将从节点核心区周边传入核心区混凝土，并在整个核心区内形成较均匀的剪力场。在主拉应力导致核心区混凝土斜向开裂之前，主拉应力及主压应力均主要由混凝土承担。当形成的混凝土主拉应力较高，并引起节点斜向交叉开裂后，平行裂缝方向的主压应力继续由裂缝之间的混凝土承担，主拉应力则由平行节点受力平面的节点水平箍肢和同一平面内的竖向柱筋分担。

(a)(b)(c)

图1中间节点抗剪传力机构

Fig1.Shearingtrengthtranfermechanimofmiddlejoint

以上所述的斜压杆机构和桁架机构是直接参与抵抗节点剪力的两种机构。

3.约束机构

节点核心区中的斜压混凝土将沿与其受压方向垂直的另外两个方向膨胀，这种膨胀从节点开始受力起就受到节点水平箍筋各肢的约束，并在各箍肢中形成被动的约束拉力。因此节点水平箍筋各肢将形成对斜压混凝土的约束机构。节点上下左右梁、柱筋的粘结退化使桁架机构抵抗节点剪力的份额下降，由桁架机构在节点水平箍筋中引起的拉应力也相应下降。这正好为箍筋发挥约束作用留下了余地。

3高轴压比高地震作用下异形柱节点受剪承载力

《混凝土异形柱结构技术规程》（JGJ149-2006）对于地震作用下异形柱框架节点区抗剪承载力的计算规定需做节点区受剪的水平截面验算和节点核心区受剪承载力计算。

异形柱节点核心区受剪的水平截面应符合：

（1）

异形柱节点核心区受剪承载力应符合以下规定

（2）

式中：节点核心区组合的剪力设计值；

承载力抗震调整系数，取0.85；

、节点核心区的截面有效验算厚度和截面高度，当梁截面宽度与柱肢截面厚度相同，或梁截面宽度每侧凸出柱边小于50mm时，可取，，此时，、分别为验算方向的柱肢截面厚度和高度；

轴压比影响系数；翼缘影响系数；截面高度影响系数；

与组合的节点剪力设计值对应的该节点上柱底部轴向力设计值，当为压力且时，取；当为拉力时，取；

核心区有效验算宽度范围内同一截面验算方向的箍筋各肢总截面面积；

梁截面有效高度，当节点两侧梁截面有效高度不等时取平均值；

梁纵筋向钢筋合力点至截面近边的距离。

异形柱框架梁柱中间层中间节点和边节点核心区组合的剪力设计值应按下列公式计算：

（3）

式中：核心区剪力增大系数，对二、三、四级分别取1.2、1.1、1.0；

、框架节点左、右梁端弯矩设计值，有地震组合时，取有地震组合的弯矩设计值；

柱的计算高度，可取节点上柱与下柱反弯点之间的距离；

、梁的截面有效高度、截面高度，当节点两侧梁高不相同时，取平均值。

为简便计算，有时可以利用计算简图2所示确立

平衡方程：

（4）图2中间节点受力状态

Fig2.Shearingtatuofmiddlejoint

式中：右侧钢筋合力；左侧钢筋合力；

上部柱底剪力，按刚度分配原则算得；

节点区一侧受拉钢筋面积；节点区一侧受压钢筋面积；

钢筋屈服强度。异形柱框架结构达到极限承载力时，假定所有梁端钢筋均已屈服，则公式（4）中所有钢筋采用相应屈服值。此时可直接采用柱线刚度比值来分配层间剪力，经计算，异形柱框架二层边柱和中柱的截面惯性矩分别为1.37210m和0.946410m，由于材料弹性模量和柱高均相同，因此边柱和中柱线刚度比为1.45：1，中柱线刚度占其层总线刚度的25.6％，即极限荷载时中柱上部柱底剪力为1290000.256＝33024N。计算得到异形柱框架一层中间节点核心区受剪承载力及水平剪力值如表1所