全装配混凝土斜榫头梁的受力分析

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1、2016年第9期9月混凝土与水泥制品CHINACONCRETEANDCEMENTPRODUCTS2016No．9September全装配混凝土斜榫头梁的受力分析徐其功1一。梁永攀1(1．华南理工大学土木与交通学院，广州510641；2．广东省建筑科学研究院，广州510500)摘要：为研究榫头梁的受力性能。采用剪力摩擦原理、拉压杆模型以及竖向抗剪承载力公式对斜榫头梁进行了受力分析．并推导了计算公式。随后运用有限元软件ABAQus对斜榫头梁计算结果进行模拟对照。结果表明，所推导的公式具有较好的安全性和较准确的精度。关键词：全装配混凝土框架；斜榫头粱；拉压杆

2、模型；竖向抗剪公式；有限元分析Abstract：Inordertoresearchthemechanicalbehaviorofobliquetenonbeam，severalfailuremodesareanalyzedwithstru-and-tiemodel，diagonalstrutmechanismandshear-frictiontheory，andthecorrespondingdesignformulasareobtained．neresultsshowthatthedesignformulaisreliableandpreciseby

3、comparingtheresultofcomputingwithfiniteelementsoftwareABAQUSwiththeresultofcomputingwithmodaltheory．Keywords：Completelyassemblingconcreteframe；Obliquetenonbeam；Strut-and-tiemodel；Shearresistanceformulas；Finiteelementanalysis中图分类号：TU756．42文献标识码：A文章编号：1000—4637(2016)09-41—030前言全装配

4、混凝土框架研究在我国还处于起步阶段，而在美国、日本、欧洲，全装配式混凝土框架的使用已经占据了很大一部分。在全装配式混凝土框架中，节点的连接分为干连接和湿连接【ll。干连接的施工速度较快．对于推进我国建筑工业化意义较大。榫头连接在我国古代建筑中使用较多，所以需要探索其在混凝土结构中使用的可能性．并推导其受力公式。其与牛腿的连接方式相比会经济一些，与企13梁连接方式相似又有不同。目前，国内外对榫头连接的研究报道较少．本文对全装配混凝土斜榫头梁进行受力分析并研究计算公式，然后使用有限元软件ABAQUS与公式结果进行对照来验证公式的可靠性。1榫头梁受力分析及假

5、设本文中榫头连接包含了榫头梁和槽口梁两个部分，将榫头梁和槽口梁突出的部分称为R部，整梁高部分称为F部，如图1所示。榫头梁与槽口梁之间的传力比较复杂．所以对受力模型要进行简化：首先忽略了榫头与槽口接触面的摩擦力，假定连接中的剪力都由榫头梁和槽口梁R部来承担。在我国，钢筋混凝土榫头的研究较少，而且国外也少有使用。半刚性连接(可采用法兰连接)的榫头梁不仅传递剪力而且传递弯矩。榫头斜面的坡度i要小于两个摩擦面的摩擦系数肛l_0．55m，R部承受竖直向下的集中力，弯矩由外部法兰连接传递，水平力也由法兰连接传递。2榫头梁配筋及破坏形式榫头梁配筋如图2所示。榫头梁破

6、坏形式主要有：①榫头的直剪破坏：②榫尾的斜拉破坏；③榫头斜面的斜压破坏；④榫一41—2016年第9期混凝土与水泥制品总第245期尾端部斜截面破坏；⑤榫头的弯曲或受拉破坏等。图3为榫头梁的开裂图。图3榫头梁的开裂图3棹头梁的受力分析3．1基于拉压杆模型对榫头梁进行受力分析图4为榫头梁拉压杆简图。图中各参数、力的大小如下：tanO=-芒tana=—————墅丝L——一h3+2h2+h3-n2一n5tanO一啬乃c=丽磊石V丽％=日。曼婴cosff如：且盟：亟±立图4榫头梁拉压杆简图3．2根据破坏形式推导计算公式3．2．1榫头尾部的竖向直剪计算榫头尾部沿裂缝

7、图3(1)开裂时，要考虑尾部的直剪破坏。由文献[3】、文献[4】可知，各国对竖向抗剪都有各自的公式和方法，依据美国ACI318—05BuildingCD出Require-mentsforstructuralconcreteandcommentaryE5】可知，美国依据摩擦抗剪理论，剪力主要通过骨料之间的咬合和钢筋的锚紧来承担，一42一但其没有考虑混凝土对剪力的作用。日本认为抗剪由混凝土截面承载力、钢筋合力和钢筋锚紧三部分共同承担，但其公式过于保守。所以本文采用文献[3】提出的方法，考虑剪力由横筋的锚紧和斜压杆，具有较高的精确一度，但是本文中凹角处还有斜

8、向钢筋，(5))M所以还需要考虑斜向钢筋的竖向抗剪。7采用斜压杆理论的抗剪承载力y。表示为：y