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1、第15卷第6期建筑科学BUILDINGSCIENCE1999年板柱节点的破坏形式及改进方法许清风蒋永生梁书亭王安华(东南大学土木工程学院南京210096)(南通市规划设计院)摘要本文通过对已有板柱节点试验结果的总结,得出了板柱节点的破坏形式包括冲切破坏、弯曲破坏和锚固破坏,分析了板柱节点发生各种破坏的条件,列举了几种改善后的节点形式,对研究和设计有一定的借鉴作用。关键词板柱节点冲切破坏弯曲破坏破坏条件期,板柱节点处于弹性阶段,随着荷载的增加,1前言在柱边出现裂缝且不断向板角和板边发展,应变和挠度的增长加速,钢筋开始屈服
2、;随着荷载平板结构因其具有结构体系简单、传力路进一步的增加,虽然新裂缝较少出现,但原有裂径简捷、节约净高等优点,近年来,得到了广泛缝的缝宽加大,变形集中加剧,柱边主裂缝处的的应用。但这类结构对冲切破坏比较敏感,而钢筋率先达到流限,远离柱边的钢筋也达到屈冲切破坏是发生在局限于集中力作用区域附近服;当与主裂缝相交的钢筋普遍达到屈服,塑性[7]的剪切型破坏,对于板柱节点而言,冲切破坏发铰线形成后,板柱节点发生弯曲破坏。生在靠近柱边的板域内。冲切破坏是带有严重板柱节点弯曲破坏的荷载位移曲线的下灾难性后果的无征兆的脆性破坏,在实际工程降段较为平缓,荷载位移曲线所包围的面积[1
3、~6]中应予避免。本文在已有文献的基础上,即节点的耗能能力相应较大,节点破坏时的变分析了板柱节点发生弯曲破坏和冲切破坏的条形也相应较大,节点的延性相对较好,为有预兆件,并提出几种改进的节点形式。的延性破坏。22冲切破坏2板柱节点的破坏形式与弯曲破坏相比,冲切破坏试件受拉面的裂缝均较细,径向裂缝较多,但没有明显的主板柱节点通常有三种破坏形式,即弯曲破裂缝。冲切破坏发生在屈服线形成以前,即在坏、冲切破坏和锚固破坏。钢筋还未屈服时就已破坏,故挠度较小,破坏21弯曲破坏呈明显脆性。这种破坏表现为柱头连同截锥体弯曲破坏是因为塑性铰线的形成而导致的突然从板中冲出,板的受拉
4、面形成一圈撕开状破坏。板柱节点的弯曲破坏表现为首先在受拉裂痕,与此同时,荷载骤降,挠度猛增。相对面出现水平裂缝,随着荷载的增加,水平裂缝沿于弯曲破坏,冲切破坏是一种近柱板域的局部[5]板面贯通,裂缝处的钢筋开始屈服;随着荷载的破坏。继续增加,钢筋大范围屈服。板柱节点的弯曲冲切破坏的荷载位移曲线的上升段,一破坏可用混凝土的初裂、钢筋初始屈服和钢筋般可用两段斜率不同的折线来表示,第1段斜普遍屈服三个特定状态作为界限。在加载初率为板柱节点未开裂时的刚度;第2段大约从2102Vf(Vf为板柱节点的破坏荷载)开始,其斜Ftsi=Fbi!cos(!i)(2)[5]率约为第1段折
5、线斜率的四分之一。冲切破且Vcone=Ftsi!tan(!i)i坏的板柱节点的荷载位移曲线的下降段较为=42Asifsitan(!i)(3)i陡峭,承载力下降幅度大,节点的耗能能力较式中Asi第i对钢筋的截面积;小。破坏时节点的位移较小,为没有预兆的脆fsi第i对钢筋的屈服强度;性破坏。Ftsi第i对钢筋的拉力;根据冲切破坏耗能能力的大小,又可将其[5]Fbi对应于第i对钢筋的混凝土斜分为纯冲切破坏和延性冲切破坏。压杆的斜压力;23锚固破坏锚固破坏指在竖向荷载作用下,板柱节点!i第i对钢筋与柱边所成的角度,中的钢筋发生滑移,导致
6、钢筋和混凝土之间的!0#!i<90∃,大量试验结果表粘结失效,严重时可导致钢筋从混凝土中拔出。明,!0=30∃。锚固破坏可通过构造措施来加以避免,同时高[3]强混凝土的应用也可克服这种破坏。3板柱节点发生冲切破坏和弯曲破坏的临界条件[2]通过试验研究可知,只有在节点核心区有较高的配筋率时,才会形成冲切锥体,同时配筋的位置对冲切锥体的形成也有较大影响。也就是说,当配筋不足时,冲切锥体将无法形成,板柱节点将只会发生弯曲破坏。即板柱节点发生冲切破坏的条件为板柱节点的冲切锥体内部强度Vcone大于其冲切强度Vp。板柱节点冲切锥体的内部强度可以通过拉压杆理论由力的矢量合成来
7、求得,如图1所示。2V=i((Fbi!ri)di∀sin(!i))(1)图1板柱节点核心区力的分解示意图0表1板柱节点破坏形式判别表钢筋面积钢筋屈服强度!1VfailVcone板编号破坏形式(mm2)(MPa)(度)(kN)(kN)HS37949034∃、53∃360<4385冲切破坏HS1017749034∃、53∃645<9818冲切破坏HS117949032∃195>1369弯曲破坏HS137949034∃、53∃270<4382冲切破坏把由公式(3)计算所得的Vcone与试验所得板柱节点发生冲切破坏;当
