设置托板和暗梁的板柱节点冲剪后受力性能的试验研究

第４０卷第５期
２０２０年１０月　地　震　工　程　与　工　程　振　动ＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤＹＮＡＭＩＣＳＶｏｌ．４０Ｎｏ．５　Ｏｃｔ．２０２０ 收稿日期：２０２０－０２－２５；　修订日期：２０２０－０３－２５
基金项目：
国家自然科学基金项目（５１５７８０１８）；北京科技新星计划项目（ｘｘ２０１７０９３） Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙ：ＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（５１５７８０１８）；ＢｅｉｊｉｎｇＮｅｗ ｓｔａｒＰｌａｎｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ｘｘ２０１７０９３） 作者简介：李伊晨（１９９５－），女，硕士研究生，主要从事混凝土结构倒塌试验研究．Ｅ ｍａｉｌ：ｙｉｃｈｅｎ－ｌｉ＠ｑｑ．ｃｏｍ
通讯作者：李　易（１９８１－），男，副研究员，博士，主要从事工程结构防灾减灾研究．Ｅ ｍａｉｌ：ｙｉｌｉ＠ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
文章编号：１０００－１３０１（２０２０）０５－０１７８－０９ＤＯＩ：１０．１３１９７／ｊ．ｅｅｅｖ．２０２０．０５．１７８．ｌｉｙｃ．０１８
设置托板和暗梁的板柱节点冲剪后
受力性能的试验研究
李伊晨１，李　易１，周大兴２，闫维明１
（１．北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京１００１２４；２．中铁建设集团有限公司，北京１０００４０）
摘　要：板柱节点的冲剪后性能是影响其抗倒塌性能的重要因素之一。

我国工程多采用配置托板和
暗梁的方式加强板柱节点，但带托板和暗梁的板柱节点受力性能更加复杂，特别是对冲剪破坏后的
受力行为不明确，相关研究匮乏。

本文设计了３个板柱节点试件：
托板试件（ＤＰ １、ＤＰ ２）和暗梁试件（ＥＢ），通过静力试验分析了试件的破坏机理和承载力变化规律，对比了两种加强措施对节点破坏模
式和受力性能的影响。

结果表明：配置托板的板柱节点有两种冲剪破坏模式；托板显著提高了节点
抗冲剪承载力，相较于Ｄ
Ｐ １，托板厚度较小的ＤＰ ２抗冲剪承载力降低了１３％，ＥＢ降低了２９％，但托板试件脆性破坏特征明显，冲剪后残余承载力低；暗梁箍筋可以有效约束混凝土、让板内钢筋协同工
作，从而提高节点延性。

关键词：板柱节点；托板；暗梁；冲剪破坏后；承载力；变形
中图分类号：ＴＵ３７５．２ 文献标志码：Ａ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｐｏｓｔ ｐｕｎｃｈｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｆｌａｔ
ｓｌａｂ ｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔｓｗｉｔｈｄｒｏｐｐａｎｅｌａｎｄｅｍｂｅｄｄｅｄｂｅａｍ
ＬＩＹｉｃｈｅｎ１，ＬＩＹｉ１，ＺＨＯＵＤａｘｉｎｇ２，ＹＡＮＷｅｉｍｉｎｇ
１（１．ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥａｒｔｈｑｕａｋｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＲｅｔｒｏｆｉｔ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｓｔ ｐｕｎｃｈｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｆｌａｔｓｌａｂ ｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔｓｉｓｏｎｅｏｆｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｃｏｌｌａｐｓｅｒｅｓｉｓｔ ａｎｃｅ．Ｓｌａｂ ｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔｓａｒｅｃｏｍｍｏｎｌｙｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｂｙｄｒｏｐｐａｎｅｌｓｏｒｅｍｂｅｄｄｅｄｂｅａｍｓｉｎｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇｉｎＣｈｉｎａ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｌａｂ ｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔｓｗｉｔｈｄｒｏｐｐａｎｅｌｓａｎｄｅｍｂｅｄｄｅｄｂｅａｍｓｉｓｍｏｒｅｃｏｍｐｌｅｘ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，ｔｈｅｐｏｓｔ ｐｕｎｃｈｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｓｈａｓｎｏｔｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｏｆｉｌｌｔｈｉｓｇａｐ，ｔｈｒｅｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｏｆｓｌａｂ ｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔｓｗｅｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｓｐｅｃｉｍｅｎｓＤＰ １ａｎｄＤＰ ２ｗｅｒｅｓｔｒｅｎｇｔｈ ｅｎｅｄｂｙｄｒｏｐｐａｎｅｌｓａｎｄＥＢｗａｓｅｎｈａｎｃｅｄｂｙｅｍｂｅｄｄｅｄｂｅａｍｓ．Ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓａｎｄｔｈｅｐｕｎｃｈｉｎｇａｎｄｐｏｓｔ ｐｕｎｃｈｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｓｗｅｒｅｅｘｐｌｏｒｅｄｂｙｔｈｅｓｔａｔｉｃｐｕｓｈｄｏｗｎｔｅｓｔ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｗｏｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｌａｂ ｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔｓｗｉｔｈｄｒｏｐｐａｎｅｌｓｈａｄｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｐｕｎｃｈｉｎｇ ｓｈｅａｒｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓ．Ｔｈｅｐｕｎｃｈｉｎｇｓｈｅａｒｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｓｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｔｈｅｄｒｏｐｐａｎｅｌ．ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈＤＰ １，ｔｈｅｐｕｎｃｈｉｎｇｓｈｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓｏｆＤＰ ２ｗｉｔｈｓｍａｌｌｅｒｄｒｏｐｐａｎｅｌａｎｄＥＢｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ１３％ａｎｄ２９％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｂｒｉｔｔｌｅｆａｉｌｕｒｅ
第５期李伊晨，等：设置托板和暗梁的板柱节点冲剪后受力性能的试验研究ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＤＰ １ａｎｄＤＰ ２ｗｅｒｅｏｂｖｉｏｕｓ，ａｎｄｔｈｅｐｏｓｔ ｐｕｎｃｈｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓｗｅｒｅｌｏｗ．Ｔｈｅｅｍｂｅｄｄｅｄｂｅａｍｓｔｉｒｒｕｐｓｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｓｔｒａｉｎｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅａｎｄｍａｄｅｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｉｎｔｈｅｓｌａｂｓｗｏｒｋｔｏｇｅｔｈｅｒ，ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｄｕｃｔｉｌｉｔｙｏｆｊｏｉｎｔｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌａｔｓｌａｂ ｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔ；ｄｒｏｐｐａｎｅｌ；ｅｍｂｅｄｄｅｄｂｅａｍ；ｐｏｓｔ ｐｕｎｃｈｉｎｇ；ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ引言
连续倒塌是指意外灾害作用导致的初始局部破坏在结构系统内传播，最终引发整个结构倒塌或不成比
例的倒塌破坏［１］。

板柱结构是由楼板和柱组成承重体系的结构。

相比于框架结构，板柱结构节点易发生脆
性冲剪破坏，结构系统传力路径单一，变形能力较低，在意外事件下发生连续倒塌的风险更高［
２］。

近几十年来，板柱结构连续倒塌事件时有发生，如１９９５年韩国Ｓａｍｐｏｏｎｇ百货大楼［３］、１９９７年英国ＰｉｐｅｒｓＲｏｗ停车
场［４］和２００４年瑞士Ｇｒｅｔｚｅｎｂａｃｈ地下车库［５］的连续倒塌事故。

这些连续倒塌通常是一个节点发生脆性冲剪破坏，引发内力重分布，原本由破坏节点承担的荷载被传递给相邻节点，继而造成相邻节点的超载和后继冲剪破坏，最终这种破坏依次传播，直至结构系统内大面积的倒塌破坏。

板柱节点虽然发生冲剪破坏，但是冲剪破坏后仍然可以通过钢筋传递较大的拉结力，对整个连续倒塌的发展产生重要影响，因此板柱节点的冲剪后受力性能是影响板柱结构抗连续倒塌能力的关键因素之一。

国内外对板柱节点抗冲剪性能的研究较为深入，对各类结构参数，如板厚、纵筋配筋率、混凝土强度、荷载作用位置和柱截面尺寸等对冲剪强度的影响进
行了系统的研究［
６－７］。

近年来，随着对连续倒塌问题的关注，针对冲剪后性能也开始了初步的研究［８－９］。

由于板柱节点的脆性破坏特征，通过改变结构参数对板柱节点抗冲剪受力性能的提升效益不明显，因此各国学者提出了多种加强措施来提高节点承载力和延性，常见的加强措施有配置抗剪钢筋、抗剪元件、预应力钢筋、柱帽或托板等。

在板内配置抗剪钢筋可以限制冲剪裂缝的发展，提高板的抗冲剪强度，其中箍筋和
弯起钢筋的应用较为广泛。

Ｆｒａｎｚ［１０］对配置弯起钢筋、封闭箍筋和Ｕ型箍筋板进行了冲剪试验，发现封闭箍
筋的加强效果最好；Ｉｓｌａｍ和Ｐａｒｋ［１１］对配置封闭箍筋的中柱节点进行偏载试验，结果显示封闭箍筋可以同时
提高节点承载力和延性。

常见的抗剪元件有抗剪锚栓和型钢剪力架等。

抗剪锚栓对节点的加强效果较好，施工简便，成为了近几年的研究热点；型钢剪力架可以显著提高节点强度，但因其笨重、施工不便，适用范围
有限。

金玉等［
１２］对配置普通箍筋、Ｕ型箍筋和抗剪锚栓的板柱节点进行冲剪试验，发现三种加强措施均能改善节点的受力性能及变形能力，其中抗剪锚栓的改善效果最佳；吴艺等［１３］利用Ａｂａｑｕｓ对５个配置型钢剪
力架的板柱节点进行了计算，分析了型钢截面尺寸和布置方式对节点抗震性能的影响，并提出了相关承载力的计算公式。

此外，在板内配置预应力钢筋，对混凝土预加压应力，可以有效提高混凝土抗剪强度。

Ｌｏｎｇ
Ｎｇｕｙｅｎ Ｍｉｎｈ等［１４］对使用钢纤维混凝土的无粘结后张拉预应力板柱节点抗冲剪性能进行了试验研究，提出
了一种半经验公式，在考虑混凝土强度、预应力和预应力竖向分量对抗冲剪性能的影响的同时，还考虑了钢纤维体积、尺寸效应、跨距的影响、预应力筋的有效深度等因素。

托板和暗梁作为我国规范推荐使用的两种板柱节点加强方式被广泛应用于工程实践中［
１５］，分别通过增大板厚和设置暗梁抗剪箍筋来提高节点在小变形下的抗冲剪强度。

与此同时，此类节点在冲剪破坏后的大
变形受力变得更加复杂。

钱凯等［１６］对角柱失效的板柱子结构进行了冲剪试验，试验结果证明配置托板可以
提高极限冲剪承载力并显著降低结构连续倒塌的可能性。

在近几年国内发生的板柱结构倒塌事故中，也有采用带托板和暗梁的板柱结构，但是目前关于这两类措施对冲剪破坏后受力性能影响的研究还未开展。

为此，本文设计制作了３个板柱节点试件：两个托板试件和一个暗梁试件，进行了静力加载试验，通过试验现象和数据，分析了试件的破坏机理和承载力变化规律，探究了两种加强措施对节点冲剪破坏前后受力性能的影响，对比加强效果，为实际工程提供参考依据。

１　试验概况
１．１　试件设计
原型结构为某地下车库的钢筋混凝土板柱结构，节点采用带托板的结构形式，依照原型结构设计了３个９７１
地　震　工　程　与　工　程　振　动第４０卷板柱节点试件。

选取原型结构中柱及周边部分楼板按１／４缩尺制作标准试件ＤＰ １，其中楼板平面尺寸２０００ｍｍ×２０００ｍｍ、板厚９０ｍｍ，托板平面尺寸１０００ｍｍ×１０００ｍｍ、最大厚度１１０ｍｍ，中柱截面尺寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、高度４１０ｍｍ。

原设计中冲剪控制截面位于托板边缘处，但在实际事故中冲剪发生在柱头边缘处，为分析该类冲剪破坏后的节点受力，在标准试件的基础上将托板高度减小到７５ｍｍ获得试件ＤＰ ２，ＤＰ １和ＤＰ ２的冲剪破坏控制面分别为托板边缘和柱头边缘。

为了方便加载，将试件反向放置，两个试件的尺寸如图１（ａ）。

试件ＥＢ用暗梁替代托板提供相同的节点抗剪承载力，暗梁配箍按照与ＤＰ １相同抗冲剪强度的原则进行设计，为满足规范要求、方便箍筋绑扎，改变了柱上板带钢筋的排列顺序和间距，其尺寸见图１（ｂ）。

试件设计承载力计算采用规范中混凝土、钢筋强度设计值，但由于试验中混凝土实际强度显著高于
设计强度，钢筋实际强度仅略微高于设计强度（表１
），因此托板试件的实际强度远高于设计强度，暗梁试件的实际强度小幅度高于设计强度，未能达到相同抗冲剪强度。

试件的构造设计满足《混凝土结构设计规范》
ＧＢ５００１０－２０１０［１４］，部分试件参数见表２，具体配筋情况见图２。

图１　试件尺寸
Ｆｉｇ．１　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ
在楼板四周设置了截面尺寸分别为４９０ｍｍ×３００ｍｍ（ＤＰ １）、４５５ｍｍ×３００ｍｍ（ＤＰ ２）、３８０ｍｍ×３００ｍｍ（ＥＢ）的刚性边界梁，以模拟周围楼板对试验部分楼板的约束。

楼板边缘是原型结构楼板在中柱失效后受力的反弯点位置（约为０．２２倍跨度）。

考虑到实际结构反弯点处仅有水平约束而没有转动约束，在板边缘截面将板顶纵筋弯起至板底再伸入支座，如图１所示。

当中柱向下加载时，该处受负弯矩作用，板顶受力的素混凝土迅速开裂，转动约束被释放，而板底钢筋处可以提供面内水平约束。

表１　钢筋和混凝土材性信息
Ｔａｂｌｅ１　Ｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅ
钢筋种类屈服应力
（
ＭＰａ）极限应力（ＭＰａ）断后伸长率（％）混凝土立方体抗压强度（ＭＰａ
）８４０４６１７１
１１２４４６５９７２５
３３表２　试件参数表Ｔａｂｌｅ２　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ试件加强措施托板厚度（ｍｍ）板顶配筋率（％）板底配筋率（％）ＤＰ １托板１１０ＤＰ ２
托板７５ＥＢ暗梁－０．６００．７４ 注：—表示该试件无此项。

０８１
第５期李伊晨，等：
设置托板和暗梁的板柱节点冲剪后受力性能的试验研究图２　测点布置
Ｆｉｇ．２　Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓ
１．２　加载和测量方案
在试件边界梁的四角处用钢墩支撑，通过盖板用螺栓和焊接与钢墩可靠连接，钢墩用地锚与试验室地面相连，试件下部留出足够变形空间并且便于试验现象观察。

在边界梁上固定井字型钢架，以此来进一步加强约束刚度。

柱头下连接延伸钢臂，并插入约束钢筒，以防止柱头在加载过程中发生偏转。

整个加载系统如图３所示。

为模拟板柱节点的向上冲剪破坏，将试件反向放置（板受拉面朝下），在柱头处施加竖直向下的集中荷载。

加载持续至试件完全失效，以探究板柱节点冲剪破坏后的受力性能。

试验测量内容包括荷载、位移及应变。

托板试件（ＤＰ １，ＤＰ ２）的钢筋应变片位置如图２（ａ）所示，暗梁试件（
ＥＢ）见图２（ｂ），位移及混凝土应变片测点如图２（ｃ）所示。

钢筋及混凝土应变测点主要布置于柱头处及预测冲剪破坏面附近；由于大量研究证明穿柱钢筋对于板柱节点冲剪后承载力贡献较大，因此将钢筋应变
片集中布置于穿柱钢筋上［８－９］。

１
８１
地　震　工　程　与　工　程　振　动第４０
卷
图３　试验加载装置
Ｆｉｇ．３　Ｔｅｓｔｓｅｔｕｐ
２　试验现象和承载力变化规律
表３　典型现象对应的柱头竖向位移Ｔａｂｌｅ３　Ｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｃｏｌｕｍｎｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｐｈｅｎｏｍｅｎａｍｍ试件对角裂缝环向裂缝初次冲剪破坏二次冲剪破坏ＤＰ １７．５９３６１３２ＤＰ ２６１４４０５８ＥＢ５１６１５２－ 注：
－表示该试件无此现象。

试验典型现象对应位移列于表３。

托板
试件均发生了两次冲剪破坏，其中ＤＰ １首次
冲剪发生在托板边缘，冲剪后托板混凝土伴
随钢筋发生变形，最终整个板面均匀破坏。

ＤＰ ２的首次冲剪发生在柱头，此后破坏集中
在柱头附近。

暗梁试件冲剪破坏发生前变形
最大且延性较好，脆性冲剪明显减弱，节点整
体性最好。

试件的最终破坏形态如图４、图５
所示。

图６所示为３个试件的荷载－位移曲
线，图中标出了冲剪破坏发生位置。

试件ＤＰ １和ＤＰ ２的受力过程可划分为：受弯机制段（冲剪前）和悬挂机制段（Ⅰ段：初次冲剪后；Ⅱ段：
二次冲剪后）。

试件ＥＢ可划分为：受弯机制段、张拉膜机制段（冲剪前）和悬挂机制段（冲剪后）。

图７～图９展现了３
个试件各阶段钢筋应变的变化。

图４　试件破坏形态
Ｆｉｇ．４　Ｄａｍａｇｅｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ
２８１
第５期李伊晨，等：
设置托板和暗梁的板柱节点冲剪后受力性能的试验研究图５　试件钢筋变形
Ｆｉｇ．５　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｉｎｓｐｅｃｉｍｅｎｓ
２．１　受弯机制段
在该受力阶段，试件主要通过楼板的抗弯提供承载力。

试件ＤＰ １在柱头竖向位移达到７．５ｍｍ时，板底托板外侧出现对角裂缝，随着位移增大而不断发展；９ｍｍ时，板底沿托板外边缘出现环向裂缝；３６ｍｍ时，
承载力达到峰值Ｆｐ１
（４１５ｋＮ），发生初次冲剪破坏。

试件ＤＰ ２在６ｍｍ及１４ｍｍ时分别出现板底对角裂缝（托板外侧）和环向裂缝（柱头边缘）；４０ｍｍ时发生初次冲剪破坏，承载力峰值Ｆｐ１
（３６１ｋＮ）。

此后两个试件的承载力分别降低４７％和２７％。

冲剪后试件主要通过穿柱钢筋的拉力承担外荷载，和ＤＰ １相比，ＤＰ ２还有托板内的钢筋能够参与受力，因此承载力损失相对较小。

试件ＥＢ的对角裂缝出现较早（５ｍｍ），环向裂缝沿柱头边缘分布，出现较晚（１６ｍｍ）且发展缓慢，表现出明显的延性受力特征，在受弯阶段并未发生冲剪破坏。

试件通过受压薄膜效应承担外荷载，当试件达到极限受弯承载力时，板受拉区混凝土开裂，受压薄膜效应消失，试件进入张拉膜机制段。

此时试件还未达到极限冲剪承载力。

２．２　悬挂机制段
ＤＰ １在悬挂机制Ⅰ段初期出现承载力波动（４５ｍｍ～７５ｍｍ），然后开始稳定上升（７５ｍｍ～１３２ｍｍ）。

冲剪后的承载力主要由穿过剪切裂缝的板顶和板底的钢筋共同提供（图７所示所在部位钢筋均能发生较大变形）。

期间承载力波动主要是因为冲剪破坏面混凝土不断开裂脱落、板底钢筋持续从混凝土中拔出、板顶钢筋发生显著的转动变形，各部分材料的受力状态处于不稳定状态所致。

７５ｍｍ时上述破坏现象趋于稳定，钢筋开始稳定受拉，试件承载力稳定上升。

此时板底托板内侧柱头周边出现环向裂缝，柱头处的冲切锥体逐渐形成。

１３２ｍｍ时达到承载力峰值Ｆｐ２
（３１０ｋＮ），随后发生二次冲剪破坏，承载力降低４０％，进入悬挂机制Ⅱ段。

二次冲剪破坏后，
承载力的变化规律与悬挂机制Ⅰ段相似，板底柱周混凝土破碎，钢筋Ｃ、Ｄ、Ｅ拔出（图５（ａ）），造成承载力波动（１５２ｍｍ～１９８ｍｍ）。

随后钢筋稳定受拉，承载力再次上升（１９８ｍｍ～２６０ｍｍ）。

由于该阶段承载力主要由穿柱钢筋提供，因此随着荷载增加，六根穿柱钢筋（钢筋Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）依次断裂（图５（ａ）），造成四次承载力突降（２６０ｍｍ、２７０ｍｍ、３３７ｍｍ、３８１ｍｍ），最终试件丧失承载力。

ＤＰ ２在初次冲剪后，原本集中于柱头周围的荷载向外侧传递，托板外侧板底环向裂缝逐渐形成，承载力小幅下降至Ｆｐ２
（２５０ｋＮ），紧接着沿托板外侧截面发生二次冲剪，承载力突降２９％。

此阶段板底柱周应变值突增，远高于其他区域钢筋应变值（图８
）。

二次冲剪破坏后，试件承载力出现波动（６９ｍｍ～１２６ｍｍ），其原因与ＤＰ １在冲剪后承载力波动的原因相同。

位移１８０ｍｍ、２１４ｍｍ、２６０ｍｍ和２８１ｍｍ时，六根穿柱钢筋（钢筋Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）先后断裂，试件失效（图５（ａ））。

ＥＢ进入大变形后通过楼板的张拉薄膜效应承担外荷载，承载力由板顶和板底的钢筋共同提供。

当柱头位移达到１５２ｍｍ左右时，承载力达到Ｆｐ１
（２９５ｋＮ），柱头发生冲剪破坏，承载力降低幅度为２８％。

试件在悬挂机制阶段的承载力主要由板顶穿柱钢筋提供（图９所示在冲剪破坏发生后，板顶柱周穿柱钢筋应变值大于板底，并且随后板顶应变迅速增大，板底则呈现下降趋势）。

１６０ｍｍ，柱周小范围内混凝土脱落，钢筋开始拔出。

由于暗梁箍筋约束了各层钢筋及核心混凝土使其协同受力，限制了混凝土的开裂，延缓了板底钢筋的拔出，因此承载力在初始的波动后再次大幅度提升至３０１ｋＮ，超过了受弯机制段最大承载力。

随后柱头边缘混凝土破碎，板底钢筋拔出失效，板顶穿柱钢筋应变迅速增大，残余承载力小，试验结束。

对比ＤＰ １试件，ＤＰ ２试件的抗冲剪承载力降低了１３％，冲剪破坏后承载力突降幅度小，残余承载力小，
并且变形能力较差，试件彻底失效时柱头竖向位移减小９
７ｍｍ。

ＥＢ试件的冲剪破坏发生在张拉膜机制段，３
８１
地　震　工　程　与　工　程　振　动第４０卷抗冲剪承载力降低了２９％，但延性及变形能力均有显著提升，冲剪破坏时对应柱头竖向位移增大了１１６ｍｍ，并且冲剪后承载力高，
没有穿柱钢筋断裂现象发生。

图６　荷载－位移曲线 图７　ＤＰ １钢筋应变
Ｆｉｇ．６　Ｌｏａｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｓ Ｆｉｇ．７　ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓｔｒａｉｎｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎＤＰ
１
图８　ＤＰ ２钢筋应变 图９　ＥＢ钢筋应变
Ｆｉｇ．８　ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓｔｒａｉｎｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎＤＰ ２ Ｆｉｇ．９　ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓｔｒａｉｎｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎＥＢ３　节点破坏失效分析
表４列出了各试件的控制截面的冲剪承载力设计值和计算值以及试验结果，其中设计值通过规范混凝土与钢筋强度设计值获得，计算值通过实际材料材性数据获得（表１）。

由于材料实际强度大于设计强度，因
此冲剪承载力计算值大于设计值。

托板试件的试验抗冲剪承载力与计算值接近，约为计算值的１
．１倍。

ＥＢ与ＤＰ １的设计抗冲剪承载力相同，但由于材性试验结果与设计强度的差异，造成了ＥＢ的抗冲剪承载力计
算值远小于Ｄ
Ｐ １。

ＥＢ的最终试验结果与计算值接近，约为计算值的１．０５倍。

（计算方法基于中国《混凝土结构设计规范》ＧＢ５００１０－２０１０［１４］）
３．１　托板
相比普通板柱节点，配置托板的板柱节点存在两个薄弱截面：托板外侧（１截面）和柱头外侧（２截面），因此在剪力作用下会产生两种破坏模式（图１０）。

当１截面的抗冲剪承载力小于２截面时，首先沿１截面发
生初次冲剪，之后在２截面处二次冲剪，
两次冲剪的位移间隔较大；反之，２截面首先冲剪，１截面二次冲剪，间隔位移较小。

整体来看，托板增加了板柱节点处板的有效高度，可以显著提升节点极限冲剪强度。

在两次
冲剪之间，
ＤＰ １的托板钢筋对承载力的贡献大，而ＤＰ ２的托板钢筋对承载力的贡献小，两次冲剪完成后托４８１
第５期李伊晨，等：设置托板和暗梁的板柱节点冲剪后受力性能的试验研究板对试件冲剪后承载力基本没有影响。

配置试件的破坏方式依旧具有明显的脆性破坏特征，配置托板无法有效改善板柱节点的延性和变形能力。

虽然静力试验中按规范设计的ＤＰ １冲剪依次发生在１截面和２截
面，但是实际事故发现节点冲剪发生在２截面，
其受力和破坏与ＤＰ ２试件更接近。

这是因为实际动力倒塌过程的内力重分布导致柱轴力瞬间增大，试件发生类似直剪的现象，１截面的传力路径尚未充分受力但是２截面已经发生冲剪破坏所致。

该问题尚需进一步的动力冲剪试验开展机理分析。

３．２　暗梁
在冲剪破坏前，由于暗梁的箍筋约束了核心区混凝土，使更大范围内的混凝土参与受力，限制了冲剪斜
裂缝的开展，
ＥＢ试件的荷载－位移曲线表现出了延性破坏特征，冲剪破坏时对应位移相比ＤＰ １试件增加了１１６ｍｍ，由此可以看出，配置暗梁可以有效改善板柱节点的延性和变形能力。

对比ＤＰ １和ＥＢ试件板顶穿柱与非穿柱钢筋的应变（图１１），发现ＤＰ １的差值远大于ＥＢ，其原因是没有配置暗梁的板柱节点，钢筋受力不均衡，当混凝土失效后，冲切锥体与板之间仅靠穿柱钢筋连接。

而暗梁箍筋增加了试件的整体性，约束了穿柱钢筋与周边非穿柱钢筋，使其共同受力，充分发挥了非穿柱钢筋的作用。

因此ＥＢ试件冲剪后试件承载力下降幅度小，残余承载力高，并且随后再次大幅度提升。

这也可以从ＥＢ试件没有钢筋断裂得到印证。

表４　试件承载力
Ｔａｂｌｅ４　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓ
ｋＮ试件
薄弱截面冲剪承载力设计值冲剪承载力计算值试验初次冲剪破坏面冲剪承载力试验值初次冲剪承载力衰减（％）二次冲剪承载力衰减（％）ＤＰ １托板外侧（截面１）
２３３３８８柱头外侧（截面２）
２５７４２７托板外侧（截面１）４１５－４７－４０ＤＰ ２托板外侧（截面１）
２３３３８８柱头外侧（截面２）
１８８３１２柱头外侧（截面２）３６１－２７－２９ＥＢ柱头外侧２２５２８１柱头外侧２９５－２７—
注：
—表示该试件无此项。

图１０　板柱节点冲剪破坏模式
Ｆｉｇ．１０　Ｄａｍａｇｅｍｏｄｅｓｏｆｆｌａｔｓｌａｂ ｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔ
ｓ
图１１　ＤＰ １和ＥＢ板顶钢筋应变
Ｆｉｇ．１１　ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｓｔｒａｉｎｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓＤＰ １ａｎｄＥＢ
５８１
地　震　工　程　与　工　程　振　动第４０卷４　结论
本文对配置托板和暗梁的板柱节点的冲剪后性能进行了试验研究，主要结论如下：
（１）配置托板的板柱节点有两种冲剪破坏模式：当柱头外侧截面的抗冲剪承载力大于托板外侧截面时，首先沿托板外侧截面发生初次冲剪，之后在柱头外侧截面处二次冲剪；反之，柱头外侧截面首先冲剪，托板外侧截面二次冲剪。

（２）相较于ＤＰ １，托板厚度较小的ＤＰ ２抗冲剪承载力降低了１３％，ＥＢ降低了２９％，可以看出配置托板的板柱节点的刚度和抗冲剪承载力高，但脆性破坏特征明显，冲剪后的残余承载力较低；配置暗梁对提高板柱节点的刚度和冲剪承载力的贡献较小，但显著改善了节点的延性和变形能力，提高了冲剪后承载力。

（
３）在板柱节点发生冲剪破坏后，冲切锥体与板之间仅靠穿柱钢筋相连，承载力基本仅由穿柱钢筋提供；而暗梁箍筋联结了穿柱钢筋及周边非穿柱钢筋，使其共同受力，保护了穿柱钢筋，改善了板柱节点冲剪后的受力性能。

参考文献：
［１］　ＡＳＣＥ／ＳＥＩ７－１０．ＭｉｎｉｍｕｍＤｅｓｉｇｎＬｏａｄｓｆｏｒＢｕｉｌｄｉｎｇｓａｎｄＯｔｈｅｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｓ］．ＲｅｓｔｏｎＶＡ：ＡＳＣＥＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１０．
［２］　ＨａｗｋｉｎｓＮＭ，ＭｉｔｃｈｅｌｌＤ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｃｏｌｌａｐｓｅｏｆｆｌａｔｐｌａｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＡＣＩＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＪｏｕｒｎａｌ，１９９７，７６（７）：７７５－８０８．
［３］　ＧａｒｄｎｅｒＮＪ，ＨｕｈＪ，ＬａｎＣ．ＬｅｓｓｏｎｓｆｒｏｍｔｈｅＳａｍｐｏｏｎｇｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｓｔｏｒｅｃｏｌｌａｐｓｅ［Ｊ］．Ｃｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｃｒｅｔｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，２００２，２４（６）：５２３－
５２９．
［４］　ＷｏｏｄＪＧＭ．Ｐｉｐｅｒｓｒｏｗｃａｒｐａｒｋｃｏｌｌａｐｓｅ：Ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｒｉｓｋ［Ｊ］．Ｃｏｎｃｒｅｔｅ，２００３，３７（９）：２９－３１．
［５］　ＭｉｒｚａｅｉＹ，ＭｕｔｔｏｎｉＡ．Ｔｅｓｔｓｏｆｔｈｅｐｏｓｔｐｕｎｃｈｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｆｌａｔｓｌａｂｓ［Ｊ］．ＩＳ ＢＥＴＯＮ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，２００８：１－５６．［６］　ＹｉｔｚｈａｋｉＤ．Ｐｕｎｃｈｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｌａｂｓ［Ｊ］．ＡＣＩＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＪｏｕｒｎａｌ，１９６６，６３（５）：５２７－５４２．
［７］　ＳａｇａｓｅｔａＪ，ＴａｓｓｉｎａｒｉＬ，ＲｕｉｚＭＦ，ｅｔａｌ．Ｐｕｎｃｈｉｎｇｏｆｆｌａｔｓｌａｂｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｏｎｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｃｏｌｕｍｎｓ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１４，７７：１７－３３．［８］　ＲｕｉｚＭＦ，ＭｉｒｚａｅｉＹ，ＭｕｔｔｏｎｉＡ．Ｐｏｓｔ ＰｕｎｃｈｉｎｇＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＦｌａｔＳｌａｂｓ［Ｊ］．ＡＣＩＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＪｏｕｒｎａｌ，２０１３，１１０（５）：８０１－８１１．
［９］　赵　晋，易伟建，朱泽华．板柱节点冲切破坏后受力性能试验研究［Ｊ］．建筑结构学报，２０１５，３６（７）：３５－４２．
ＺＨＡＯＪｉｎ
，ＹＩＷｅｉｊｉａｎ，ＺＨＵＺｅｈｕａ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｐｏｓｔ ｐｕｎｃｈｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｌａｂ ｃｏｌｕｍｎｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇＳｔｒｕｃ ｔｕｒｅｓ，２０１５，３６（７）：３５－４２．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）
［１０］　ＦｒａｎｚＧ．Ｖｅｒｓｕｃｈｅａｎｓｔａｌｂｅｔｏｎｋｒｏｐｅｎｄｅｒｆｌａｃｈｄｅｃｋｉｎｓｔｕｔｚｅｎｂｅｒｅｉｃｈ ｖｅｒｓｕｃｈｓｒｅｉｈｅ［Ｒ］．ＴＨＫＫａｒｌｓｒｕｈｅ，ＩｎｓｔｉｔｕｄｅＢｅｔｏｎｕｎｄＳｔａｈｌｂｅｔｏｎ，
１９６３．
［１１］　ＩｓｌａｍＳ，ＰａｒｋＲ．ＴｅｓｔｏｎＳｌａｂ ＣｏｌｕｍｎＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈＳｈｅａｒａｎｄＵｎｂａｌａｎｃｅｄＦｌｅｘｕｒｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＤｉｖｉｓｉｏｎ，１９７６，１０２（３）：
５４９－５６８．
［１２］　金　玉，易伟建，胡　岚，等．配置抗冲切键的钢筋混凝土板柱节点性能试验研究［Ｊ］．工业建筑，２０１７，４７（４）：６０－６４，１１０．
ＪＩＮＹｕ，ＹＩＷｅｉｊｉａｎ，ＨＵＬａｎ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｌａｂ ｃｏｌｕｍｎｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｐｕｎｃｈｉｎｇｓｈｅａｒｋｅｙｓ［Ｊ］．ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０１７，４７（４）：６０－６４，１１０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）
［
１３］　吴　艺，吕西林，扶长生．型钢剪力架板柱节点抗震性能研究［Ｊ］．结构工程师，２０１６，３２（３）：７０－７６．ＷＵＹｉ
，ＬＶＸｉｌｉｎ，ＦＵＣｈａｎｇｓｈｅｎｇ．ＳｔｕｄｙｏｆｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆＲＣｓｌａｂ ｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔｓｗｉｔｈｓｈｅａｒｈｅａｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉ ｎｅｅｒｓ，２０１６，３２（３）：７０－７６．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）
［１４］　ＬｏｎｇＮｇｕｙｅｎ Ｍｉｎｈ，ＭａｒｉáｎＲｏｖňáｋ，ＴｈａｎｈＴｒａｎ Ｎｇｏｃ，ＴｈｅｍＬｅ Ｐｈｕｏｃ．Ｐｕｎｃｈｉｎｇｓｈｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｐｏｓｔ ｔｅｎｓｉｏｎｅｄｓｔｅｅｌｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎ
ｃｒｅｔｅｆｌａｔｐｌａｔｅｓ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１２，４５：３２４－３３７．
［１５］　ＧＢ５００１０－２０１０混凝土结构设计规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１０．
ＧＢ５００１０－２０１０ＣｏｄｅｆｏｒＤｅｓｉｇｎｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｓ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：ＣｈｉｎａＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆ＢｕｉｌｄｉｎｇＰｒｅｓｓ，２０１０．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ）
［１６］　ＱＩＡＮＫａｉ，ＬＩＢｉｎｇ．ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｆＤｒｏｐ ＰａｎｅｌＥｆｆｅｃｔｓｏｎＲｅｓｐｏｎｓｅｏｆＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＦｌａｔＳｌａｂｓａｆｔｅｒＬｏｓｓｏｆＣｏｒｎｅｒＣｏｌｕｍｎ［Ｊ］．
ＡＣＩＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＪｏｕｒｎａｌ，２０１３，１１０（２）：３１９－３２９．６８１。