高强箍筋高强混凝土柱塑性铰区抗剪承载力研究.pdf

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1、高强箍筋高强混凝土柱塑性铰区抗剪承载力研究李卫涛(西安建筑科技大学，陕西西安710055)摘要：本文通过对Watanabe和Ichinose提出的修正变角桁架一拱模型进行分析，在综合考虑高强箍筋约束高强混凝土柱受力机理的特点的前提下，利用相关的研究成果分别对桁架和拱模型进行了修正，并结合相关试验数据的回归分析提出了适用于高强箍筋约束高强混凝土柱塑性铰区的抗剪承载力计算公式。关键词：高强箍筋；塑性铰；抗剪承载力；桁架一拱模型中图分类号：TU528．31文献标识码：B文章编号：1672—401l(2012)0l一0038一020前言桁架一拱模型认为构

2、件的抗剪承载力是由“桁架作用”和“拱作用”共同承担的，这样可以较为直观地描述混凝土的抗剪贡献；同时该模型认为塑性铰区骨料咬合作用的减小和混凝土软化是造成柱弯剪破坏的主因；构件的抗剪强度会随着塑性铰转动能力的提高而减小，即框架柱塑性铰区的抗剪强度并非一个常数，而是一个随非弹性变形不断降低的函数⋯。因此该理论可以很好的对压弯破坏长柱塑性铰区的抗剪承载力进行分析。1基本假定桁架型和拱模型中的剪力分别由箍筋和混凝土独自承担，忽略混凝土摩阻力、咬合力及纵筋“销栓”作用等次要因素的影响，钢筋混凝土柱可以形成理想的屈服机制。2模型分析2．1桁架模型如图1所示，

3、其中图1a为桁架模型详图，将受压纵筋视为上弦杆，受拉纵筋视为下弦杆，穿过裂缝的箍筋为受拉腹杆，受压区混凝土为斜压腹杆，在外力作用下两侧存在作用方向相反的剪力和力偶。为了使受力表达更加明确，可将图1a简化为图1b形式。t-弦杆M

4、)压力平衡分析图2桁架模型平衡条件分析E=P工bh’ocot4,(1)图中or。。表示桁架模型中混凝土压杆的压应力，则可以得到混凝土斜压腹杆的压力为Ⅳl=盯。．。bhtocos4,(2)由压力平衡可以得到(匕厶她’o)2(1+cot2咖)=(盯。bhtocos4,)2(3)即有盯。=P√0(1+cot2咖)(4)式中，P。一箍筋的面积配筋率，根据日本高强箍筋施工指南p1中的规定，箍筋的屈服与否主要取决于面积配箍筋率和平均约束应力矿，=P。厶，而与箍筋本身的屈服强度无关，配箍筋率和平均约束应力都存在一个“瓶颈”值，即当巳>1．2％或盯，>4时，无论

5、是否高强箍筋都无法达到屈服强度，即箍筋的实际约束能力不再提高，本文采纳这一建议，规定当P。>1．2％时，取P。=1．2％；7110一纵向钢筋的内力臂长度，取受拉和受压区纵筋受力中心点之距，可取0．9h。；6一构件截面宽度；西一桁架模型中斜压杆倾角，对框架柱，其范围为30。一45。，由于高强箍筋的约束能力较强，塑性铰区的裂缝可以充分开展，塑性转角较大，因此可取45。以一箍筋的屈服强度，由于高强箍筋的屈服点很高，即使产生很大的应变变形也无法达到屈服，箍筋强度往往无法充分利用。图3表示水平承载力极限值与此时塑性铰区箍筋应力值之间的关系，可以看出，当框架

6、柱抗剪强度达到最大时，箍筋应力值大多处于600MPa以下，而其屈服强度为l100MPa，因此在高强箍筋约束混凝土柱的抗剪能力计算时必须对箍筋的屈服强度进行折减。参照我国《高强混凝土结构技术规程》(CECSl04：99)H』中对混凝土强度折减系数的定义，取高强箍筋的屈服强度有效值为厶=a厶(5)式中，a。为箍筋屈服强度的折减系数，取皿：(掣)os。因此3p可得桁架模型的抗剪强度计算式为K=0．9a^P。bho(6)一u厂一因为高强箍筋约束混凝土压弯柱的箍筋一般不能达到屈服强度，所以混凝土的抗剪贡献比例相对其它破坏类型的构件更高，因此这类构件箍筋部分

7、的抗剪贡献实际上要小于式(6)的计算结果。Z邑R京-～o-●-●应力(MPa)图3箍筋应力与水平承栽力的关系0．00．20．40．60．81．0Vc／VU图4混凝土抗剪贡献与柱抗剪强度的对比图4为达到水平承载力峰值时混凝土抗剪贡献与峰值的比例关系，从图中可以看出高强箍筋压弯柱的混凝土抗剪贡献可达到总剪力的60—80％，较普通强度箍筋柱的30～40％有很大提高，所以应对式(6)进行改进，以满足高强箍筋框架柱的计算需要。日本高强箍筋设计指南中采用进一步对平均约束应力进行折减的方法用以契合高强箍筋柱的受力特点，利用这一分析形式并结合相关数据的分析，本文

8、规定桁架模型最终的抗剪强度为K=0．75√d^P。bho(7)式中，h。为截面的有效高度，其余参数与前述规定和取值相同。2．2拱模型Va