钢筋混凝土板柱结构抗冲切承载力影响因素分析

钢筋混凝土板柱结构抗冲切承载力影响因素分析摘要:钢筋混凝土板柱结构体系简洁、传力明确、布置灵活,可以有效降低建筑物层高,并且在降低建筑结构的材料用量以及加速建筑施工等方面有其突出的优越性,越来越被广泛应用到实际工程当中。

关键词:钢筋混凝土板柱结构承载力
板柱体系也有其自身的薄弱环节,节点受力复杂,板柱节点除了要传递竖向荷载外,还要传递不平衡弯矩,冲切破坏没有任何征兆,属于脆性破坏,非常危险,实际工程中尽量避免。

在我国混凝土规范GB50010-2002[1]里,在不考虑配置冲切钢筋时板所承受的冲切承载力为:
上述推导公式可知,板的抗冲切性能和柱截面尺寸、板厚、荷载作用面积及混凝土强度有关。

实验表明[2]抗冲切承载力与板有效高度近似呈线性关系,板抗冲切承载力随板厚的增大而提高。

但当板的厚度太大时,随着裂缝的开展,混凝土骨料间的咬合力越来越小,从而导致冲切承载力降低。

钢筋混凝土板的纵筋配筋率对板受冲切承载力的影响。

有实验表明[3]纵筋配筋率小于3%时,随着纵筋配筋率的增加,钢筋的销栓作用增强[4],混凝土骨料之间的咬合力提高,进而板的冲切承载力得到提高。

当纵筋配筋率超过3%以后,冲切承载力随配筋率的增加不再明
显。

剪跨比对节点的抗冲切承载力也有影响。

剪跨比越小,冲切破坏锥体斜截面倾角越大,冲切承载力越高;反之,剪跨比越大,冲切破坏锥体斜截面的倾角越小,受冲切承载力就越小。

混凝土强度等级增加,对板的抗冲切能力提高的比较小[5]。

在板受冲切的过程中,有一部分纵筋会参与抗剪,成为纵筋的销栓作用,销栓作用对与板的抗冲切承载力提高有些许贡献,它可以提高混凝土骨料间的咬合作用,在一定程度上抑制板的斜裂缝的开展,且钢筋的直径越大,混凝土强度越高,销栓作用越明显。

当板冲切破坏时,纵筋会发生弯折,弯折段类似于一小段冲切钢筋,对提高板的冲切承载力贡献发挥到极限。

配置抗冲切钢筋时,冲切承载力计算公式[1]。

a为箍筋或弯起钢筋与板底之间的夹角。

通过以上公式我们很容易发现配置抗冲切钢筋时冲切承载力比不配置抗冲切钢筋时要大很多。

试验表明,配置抗冲切钢筋对板柱节点中对提高冲切承载力非常有效。

冲切钢筋要有可靠的锚固,并且应该间距合理,这样板的受冲切
承载力和延性均能明显提高。

如果想要板柱节点的抗冲切承载力得到明显提高,需要适当的提高箍筋的配筋率。

在设计中应使板柱节点的受冲切承载力大于其弯曲承载力,避免其发生毫无征兆的脆性的冲切破坏,转而发生弯曲破坏。

配置弯起钢筋与其他类型的抗冲切钢筋相比,可以提高节点所能承受的不平衡弯矩,能够提高节点的抗冲切承载力,但效果没有箍筋明显,且节点延性改善不大。

施工中弯起钢筋的制作及放置相比箍筋较为复杂。

箍筋是目前应用最广泛,是比较理想的抗冲切钢筋。

配置封闭式箍筋作为板柱节点的抗冲切钢筋,在反复不平衡弯矩与竖向剪力的共同作用下,可以使节点的极限承载力与延性得到显著提高与改善。

在混凝土开裂较为明显后,箍筋限制了扭转裂缝和剪切斜裂缝的开展,并且包围板中上下排抗弯钢筋,这种箍的作用使节点附近板顶和板底钢筋结合在一起工作。

这样,由于箍筋的限制,避免了板中受拉钢筋将板的保护层撕裂,防止了节点从危险截面处冲出板平面。

在板中抗冲切箍筋,宜采用两排。

根据试验结果[5],两排箍筋在提高板的承载能力和延性方面,均较单排的好。

在配置抗冲切箍筋时,第一排箍筋距柱边的距离不得大于0.5h0,第二排箍筋与第一排箍筋间距也不得大于0.5h0。

通过以上分析,我们可以通过增大柱截面尺寸、板厚度和配筋率
来提高板的抗冲切能力的作用,但是在实际工程中,上述方法会受到限制,可以通过配置抗冲切钢筋来提高板柱节点的抗冲切承载力,比配置抗冲切锚栓、设型钢剪力架、配置箍筋和弯起钢筋等。

实践证明,设置冲切钢筋是一种非常有效的手段,在实际工程中也得到了普遍的应用。

参考文献
[1]中华人民共和国建设部.GB50010-2002,混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]张元伟.钢筋混凝土板抗冲切实验研究[M].湖南大学硕士学位论文.
[3]程万普,张秀娟,宋玉普.板柱节点的抗冲切性能研究[J].大连铁道学院学报.
[4]梁书亭,蒋永生,刘美景,等.关于板柱节点受冲切承载力的讨论[J].工程力学技术标准动态.
[5]舒兆发,李定国．配置抗冲切钢筋的混凝土板柱连接的强度和性能试验研究[J]．湖南大学学报,1987,1(1).。