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1、第 43 卷 第 8 期 2013 年 4 月下 建 筑 結(jié) 構(gòu) Building Structure Vol 43 No 8 Apr 2013 混凝土框架內(nèi)節(jié)點受剪承載力 計算模型和方法研究 * 秦 全 ， 王立成 ， 宋玉普 ( 大連理工大學(xué)海岸和近海工程國家重點實驗室 ， 大連 116024) 摘要 對鋼筋混凝土框架內(nèi)節(jié)點受剪承載力計算模型 ， 即受剪通用分析模型和簡化拉 -壓桿模型進行了系統(tǒng)的 總結(jié)和分析 ， 并利用國內(nèi)已有的試驗結(jié)果分析對比了兩種模型預(yù)測結(jié)果的準確性 。在框架內(nèi)節(jié)點試驗結(jié)果的基礎(chǔ) 上提出了節(jié)點核心區(qū)名義剪力的改進計算方法 。改進的節(jié)點名義剪力計算方法能夠考慮梁端剪力的

2、往復(fù)作用 ， 提 高了試驗中內(nèi)節(jié)點水平剪力實際值的精確性 。對受剪通用分析模型從原理上進行了分析 ， 指出節(jié)點受剪通用分析 模型的改進需要考慮柱軸壓力對核心區(qū)混凝土裂縫的約束作用 。通過考慮梁端往復(fù)荷載作用下梁受壓區(qū)混凝土 高度 ， 改進了簡化拉 -壓桿模型設(shè)計方法 ; 與實際值的對比分析表明 ， 改進簡化拉 -壓桿模型計算結(jié)果與實際值更為 接近且較為保守 ， 改進模型計算結(jié)果與試驗結(jié)果的平均比值為 0. 85。 關(guān)鍵詞 鋼筋混凝土梁柱內(nèi)節(jié)點 ; 節(jié)點名義剪力 ; 受剪通用分析模型 ; 簡化拉 -壓桿模型 中圖分類號 : TU398 + . 7 文獻標識碼 : A 文章編號 : 1002-84

3、8X( 2013) 08-0063-06 Study on analytical models and improvement for the shear loading capacity of reinforced concrete beam-column interior joints Qin Quan， Wang Licheng， Song Yupu ( State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering， Dalian University of Technology， Dalian 116024， China) Abstr

4、act: The shear capacity models， i e ， the general analytical model and the simplified softened strut-and-tie model， for reinforced concrete beam-column interior joints were systematically summarized The precision of predicted results by two models was compared with the available test data A improved

5、 calculation method for the pseudo shear of the beam- column interior joints under cyclic loading was proposed to increase the accuracy of real horizontal shear force of the joints， which can take into account the cyclic effect of shears on the beam ends Through the principle analysis of the general

6、 analytical model， it is suggested that the confining effect of the axial compressive force of the column on cracks of the core concrete should be considered to improve the general analytical model The simplified softened strut-and-tie model was improved by considering the height of compression zone

7、 of beams subjected to cyclic loading It has been proved by test data that predicted results with the improved simplified softened strut-and-tie model is consistent with the test data and conservative The average ratio of predicted results by the improved model and test results is 0. 85 Keywords: re

8、inforced concrete beam-column interior joint; joint pseudo shear; general analytical model for nominal shear stress; simplified softened strut-and-tie model * 國家自然科學(xué)基金重大研究計劃 ( 90815026) 。 作者簡介 : 秦全 ， 碩士研究生 ， Email: qinquan0622 163 com。 0 引言 國內(nèi)外多次大地震的震害表明 ， 鋼筋混凝土框 架節(jié)點的受剪承載力是影響整體框架結(jié)構(gòu)抗震能力 和延性的重要因素 。因此

9、， 鋼筋混凝土框架節(jié)點的 抗震性能研究受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工程界的普遍重 視 。但在節(jié)點受剪承載力設(shè)計及傳力機理的分析方 面 ， 各國學(xué)者一直存在爭議 。例如 ， 新西蘭學(xué)者提出 的 “桁架模型 ”加 “斜壓桿模型 ”的受剪機制和美國 ACI 352 委員會采用的 “約束模型 ”原理上截然不 同 ， 而中國 混凝土結(jié)構(gòu) 設(shè) 計 規(guī) 范 ( GB 50010 2011) 實際采用的設(shè)計公式是建立在大量試驗基礎(chǔ) 上的半經(jīng)驗公式 。近年來 ， 各國學(xué)者提出了幾種有 效的節(jié) 點 受 剪 承 載 力 計 算 模 型 和 傳 力 機 理 ， 如 Attaalla 提出的節(jié)點抗剪通用分析模型 1 ， Hwan

10、g 等 2， 3 提出的軟化拉 -壓桿模型 ， 季濤等在扁梁 、柱 節(jié)點試驗基礎(chǔ)上提出的節(jié)點受剪承載力公式等 4 。 另外 ， Hwang 等于 2002 年對軟化拉 -壓桿模型進行 了簡化 ， 得到了簡化拉 -壓桿模型 5 ， 并驗證了簡化 后模型的計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合較好 。 本文將其中較有影響力的節(jié)點受剪通用分析模 型和簡化拉 -壓桿模型進行了對比 ， 并通過整理國內(nèi) 試驗結(jié)果 ， 考查了兩種模型計算結(jié)果和國內(nèi)試驗數(shù) 據(jù)的吻合程度 ， 并在此基礎(chǔ)上 ， 對簡化拉 -壓桿模型 進行了改進 。 建 筑 結(jié) 構(gòu) 2013 年 1 節(jié)點抗剪通用分析模型 Attaalla 于 1997 年提出節(jié)

11、點受剪強度分析模 型 : 該模型綜合考慮了節(jié)點的平衡條件和變形協(xié)調(diào) ， 認為框架節(jié)點核心區(qū)在地震引起的往復(fù)荷載作用下 處于平面應(yīng)力狀態(tài) 。通過往復(fù)作用下節(jié)點核心區(qū)鋼 筋和混凝土應(yīng)力 -應(yīng)變曲線 ， 計算外荷載作用下節(jié)點 核心區(qū)的內(nèi)部應(yīng)力 。2004 年 Attaalla 1 綜合考慮節(jié) 點尺寸 、配箍率 、梁和柱的軸力 、混凝土強度 、直交梁 尺寸以及混凝土開裂的影響 ， 對此模型進行了修正 和簡化 ， 得到了節(jié)點受剪通用分析模型 。對一個平 面框架節(jié)點試件 ， 節(jié)點受剪通用分析模型可以根據(jù) 節(jié)點的混凝土強度及配筋情況 ， 計算節(jié)點的受剪承 載力 。 節(jié)點受剪強度 v n 的表達式如下 : v

12、 n = v nj + v tb ( 1) v nj = 0 450 h f c ( t f yt N b /b b h b ) ( l f yl N c /b b h b 槡 ) t f yt + l f yl ( N b /b b h b + N c /b b h b ) ( 2) v tb =0 29 f c 槡 b tb h tb /h c b c ( 3) 式中 : v nj 為節(jié)點自身受剪強度 ; 為節(jié)點類型系數(shù) ， 內(nèi)節(jié)點取 1. 0， 邊節(jié)點取 0. 79; h 為高強混凝土的強 度折減系數(shù) : h = 0 40 1 + 110 f c ( ) 69 3 1 ( 4) t 和

13、l 分別為節(jié)點區(qū)的水平和豎向配筋率 ; f yt 和 f yl 分別為節(jié)點核心區(qū)水平和豎向箍筋的屈服強度 ; N b 和 N c 分別為梁 、柱的軸壓力 ; b b 和 h b 分別為梁的橫 截面的寬 、高 ; b c 和 h c 分別為柱的橫截面的寬 、高 ; v tb 為由直交梁約束作用所提供的節(jié)點受剪應(yīng)力 ; h tb 和 b tb 分別為直交梁的高 、寬 ; f c 為混凝土的圓柱體抗壓 強度 。 圖 1 中間節(jié)點核心區(qū)三種機構(gòu) 節(jié)點受剪通用分析模型綜合考慮了影響節(jié)點受 剪承載力的諸多參數(shù) ， 并且考慮了核心區(qū)混凝土在 拉 、壓復(fù)合作用下的軟化效應(yīng) ， 同時模型計算方法簡 單 ， 無需

14、復(fù)雜的迭代計算 。但是該方法認為節(jié)點組 合體的最終破壞狀態(tài)均為節(jié)點核心區(qū)斜壓桿混凝土 被壓潰 ， 未考慮節(jié)點在配箍量不足的情況下核心區(qū) 混凝土不能被壓潰的情況 。 2 軟化拉 -壓桿模型 拉 -壓桿模型是在桁架模型理論基礎(chǔ)上發(fā)展起 來的一種新模型 ， 該模型按照構(gòu)件截面是否符合平 截面假定 ， 將鋼筋混凝土構(gòu)件分為紊亂區(qū)和非紊亂 區(qū) : 應(yīng)力分布簡單 、接近單向受力的區(qū)域稱為非紊亂 區(qū) ; 不符合平截面假定 、應(yīng)力紊亂的區(qū)域稱為紊亂 區(qū) 。研究和工程實踐表明 ， 拉 -壓桿模型方法對于紊 亂區(qū)的設(shè)計具有較好的精度 ， 在深梁 、剪力墻以及節(jié) 點等不符合平截面假定的區(qū)域尤為適合 5 。 計算紊亂

15、區(qū)的承載力時 ， 拉 -壓桿模型采用桁架 機構(gòu)進行分析 。其中 ， 位于荷載作用點和支撐點之 間的混凝土短柱為壓桿 ， 鋼筋為拉桿 。進行結(jié)構(gòu)設(shè) 計時 ， 需要選擇合理的荷載傳遞路徑 ， 保證桁架的任 何一部分應(yīng)力都不超過其強度 。如果設(shè)計時能確定 荷載分布情況 ， 則構(gòu)件的實際強度應(yīng)至少等于模型 計算強度 。由于未考慮節(jié)點核心區(qū)混凝土在拉 、壓 復(fù)合作用下受壓強度的軟化效應(yīng) ， 且傳力路徑的選 取不唯一 ， 故該方法在工程設(shè)計中一直得不到推廣 應(yīng)用 。Hwang 和 Lee 將拉 -壓桿模型方法加以改進 ， 通過綜合考慮節(jié)點核心區(qū)的平衡條件 、變形協(xié)調(diào)條 件以及混凝土的受壓軟化效應(yīng) ， 提出

16、一種可以廣泛 用于紊亂區(qū)承載能力設(shè)計的軟化拉 -壓桿模型 2， 3 及其簡化形式 5 。 軟化拉 -壓桿模型認為框架內(nèi)節(jié)點剪力由 3 種 機構(gòu)承擔(dān) ， 即由主斜壓桿混凝土構(gòu)成的斜壓桿機構(gòu) 、 由節(jié)點水平箍筋 ( 水平拉桿 ) 和混凝土水平壓桿構(gòu) 成的水平機構(gòu)以及由節(jié)點內(nèi)柱縱筋 ( 豎直拉桿 ) 和 混凝土豎向壓桿組成的豎向機構(gòu) ( 圖 1) 。通過平衡 條件 、考慮受壓軟化效應(yīng)的混凝土本構(gòu)關(guān)系以及變 形協(xié)調(diào)條件 ， 計算 3 種機構(gòu)中混凝土壓桿各自的極 限承載力 ， 然后將得到的 3 種機構(gòu)的混凝土壓桿極 限承載力在主斜壓桿方向投影疊加 ， 得到斜壓桿總 46 第 43 卷 第 8 期 秦 全

17、 ， 等 混凝土框架內(nèi)節(jié)點受剪承載力計算模型和方法研究 承載力 ， 總承載力水平方向的投影即為節(jié)點的水平 受剪承載力 。 簡化拉 -壓桿模型具體設(shè)計步驟如下 : ( 1) 由節(jié)點區(qū)水平和豎向剪力的內(nèi)力臂之比得 到斜壓桿傾角 : = arctan( h b /h c ) ( 5) 式中 : 水平剪力內(nèi)力臂 h b 為梁頂部和底部最外排縱 筋的間距 ; 豎向剪力內(nèi)力臂 h c 為柱兩側(cè)最外排縱筋 的間距 。 ( 2) 通過柱受壓區(qū)混凝土高度得到節(jié)點核心區(qū) 內(nèi)斜壓桿的寬度和有效面積 內(nèi)斜壓桿的寬度 : a c = ( 0. 25 + 0. 85N/f c b c h c ) h c ( 6) 式中

18、N 為柱身軸壓力 。 內(nèi)斜壓桿的有效面積 : A str = a s b s ( 7) 式中 : a s 為斜壓桿的平面內(nèi)寬度 ， a s = a c ; b s 為節(jié)點 厚度 。 ( 3) 計算水平箍筋和豎向縱筋屈服時所需的水 平和豎向內(nèi)力 F yh ， F yv ( 4) 由混凝土強度得到斜壓桿混凝土強度折減 系數(shù) : = 3 35 / f c 槡 0 52 ( 8) ( 5) 計算斜壓桿的拉 -壓桿系數(shù) K 首先確定水平和豎向機構(gòu)的拉 -壓桿系數(shù) K h ， K v 。水平和豎直箍筋達到屈服時的拉 -壓桿系數(shù) : 珔 K h = 1 / 1 0 2( h + 2 h ) ( 9a) 珔

19、K v = 1 / 1 0 2( v + 2 v ) ( 9b) 然后計算斜壓桿混凝土破壞時水平拉桿和豎直 拉桿受力 : 珔 F h = h 珔 K h A str f c cos ( 10a) 珔 F v = v 珔 K v A str f c sin ( 10b) 當(dāng)拉桿未屈服時 ， 按線性內(nèi)插得到 K h ， K v 。其 中 : h 為水平拉桿拉力與節(jié)點水平剪力的比值 ; v 為 豎直拉桿拉力與節(jié)點水平剪力的比值 : h = ( 2tan 1) /3 ( 11a) v = ( 2cot 1) /3 ( 11b) 斜壓桿的拉 -壓桿系數(shù)為 : K = K h + K v ( 12) (

20、6) 計算斜壓桿承載力 : C d， n = K f c A str ( 13) ( 7) 計算節(jié)點水平受剪承載力 : V jh = C d， n cos ( 14) 式中 為折減系數(shù) ， 通常取 0. 85。 簡化拉 -壓桿模型具有明確的傳力機理 ， 合理地 反映了鋼筋混凝土框架節(jié)點的受剪機制 ， 適用于節(jié) 點的受剪承載力計算 。 3 節(jié)點名義剪力 框架節(jié)點在梁端往復(fù)荷載作用下水平剪力試驗 值往往難以直接獲得 ， 一般通過計算得到 。傳統(tǒng)的 節(jié)點水平剪力試驗值計算方法由 Hanson 和 Connor 于 1967 年提出 。在圖 2 所示的內(nèi)節(jié)點核心區(qū)中 ， 節(jié) 點水平剪力 V jh 可以

21、通過節(jié)點核心區(qū)一側(cè)拉力 T( 梁 受拉縱筋拉力 ) 與另一側(cè)壓力 ( 混凝土受壓區(qū)壓力 C c 和受壓縱筋壓力 C s 之和 ) 之和減去柱端所受剪 力 V c 得到 。由平衡條件 ， 受壓區(qū)混凝土壓力與受壓 縱筋壓力之和又可以用梁 下 部 縱 筋 拉 力 T 來 表 示 6 。于是 ， 傳統(tǒng)的節(jié)點水平剪力可表示為 : V jh = T + C s + C c V c = T + T V c ( 15) 圖 2 RC 梁 -柱中間節(jié)點水平剪力 通過測量梁上 、下部縱向鋼筋的應(yīng)變 ， 再由鋼筋 的應(yīng)力 -應(yīng)變曲線可計算鋼筋拉力或壓力 。傳統(tǒng)的 節(jié)點水平剪力在應(yīng)用中存在缺陷 : 首先 ， 采用局部

22、測 得的鋼筋應(yīng)變計算鋼筋受力會造成一定的試驗誤 差 ; 其次 ， 由于試驗條件限制 ， 通常在梁頂部和底部 某一根縱筋上布置應(yīng)變片 ， 并假定同層縱筋應(yīng)力相 同 ， 然而試驗過程中 ， 即使同層的鋼筋應(yīng)力也不一定 完全相同 ， 因此采用該方法獲得的節(jié)點水平剪力值 的精度是有限的 6 。 由于梁 、柱交界處的梁彎矩 M b 可表示為縱筋拉 力 T 與內(nèi)力臂 j b 的乘積 ， 因此將式 ( 15) 改寫為 : V jh = M b /j b + M b /j b V c ( 16) Shiohara 7 認為 : 式 ( 16) 中假定內(nèi)力臂 j b 取單調(diào) 加載時梁 、柱交界面處梁截面的內(nèi)力臂

23、值 ， 沒有考慮 梁截面有效高度在加載過程中不斷退化的現(xiàn)象 ; 實 際情況是在往復(fù)荷載作用下梁 、柱交界面處梁受壓 區(qū)混凝土?xí)l(fā)生剝落 ， 受壓區(qū)高度不斷退化 ; 故稱這 種方法得到的節(jié)點水平剪力為名義節(jié)點剪力 。對于 框架梁 、柱內(nèi)節(jié)點組合體 ， Shiohara 在總結(jié)大量試驗 56 建 筑 結(jié) 構(gòu) 2013 年 結(jié)果的基礎(chǔ)上考慮梁端荷載的往復(fù)作用 ， 提出內(nèi)力 臂 j b 取 7h 0 /8( h 0 為梁截面有效高度 ) 的經(jīng)驗值來計 算名義節(jié)點剪力 。 用經(jīng)驗值來計算名義節(jié)點剪力缺乏足夠的理論 依據(jù) 。本文從延性框架梁 、柱節(jié)點的設(shè)計控制準則 ( 結(jié)構(gòu)達到強震變形之前 ， 節(jié)點不發(fā)生

24、非延性的剪 切失效 ) 出發(fā) ， 推導(dǎo)建立作用在節(jié)點核心區(qū)的水平 剪力 V jh 的計算方法 。傅劍平 8 通過總結(jié)國內(nèi)外地 震震害和試驗結(jié)果指出 ， 對于一般延性鋼筋混凝土 結(jié)構(gòu) ， 大約在梁端位移延性系數(shù)達到 4. 0 6. 0 時 ， 節(jié)點核心區(qū)發(fā)生剪切破壞 。文獻 7 提出在梁端反 復(fù)荷載作用下 ， 梁破壞時達到的曲率延性系數(shù)與受 壓區(qū)混凝土高度相關(guān) ; 對延性框架梁 、柱節(jié)點 ， 建議 的公式為 : = 1 + 1 3l p l ( 1 0 5l p l ) ( 17) 式中 : 為梁的曲率延性系數(shù) ; 為延性框架梁的 位移延性系數(shù) ， 可取 4. 0; l p 為梁的塑性鉸長度 ，

25、 建議 采用 Mattock 等提出的 Corley 改進方法計算 ， l p = 0. 5h 0 +0. 05l; l 為梁最大彎矩截面到反彎點之間的 距離 。 反復(fù)荷載作用下曲率延性系數(shù)與受壓區(qū)高度的 關(guān)系為 : = 1 0 035 + 0 65 ( 18) 通過式 ( 17) 和式 ( 18) 的計算可得梁的相對受壓區(qū) 高度 為 0. 195， 近似可取為 0. 20。則梁 、柱交界面 處梁內(nèi)力臂即為 : j b = h 0 h 0 /2 = 0. 9h 0 ( 19) 將測得的梁端荷載和計算得到的內(nèi)力臂 j b 結(jié)果 代入式 ( 16) 便可得到作用在節(jié)點核心區(qū)的水平剪 力 V jh

26、。改進后的名義節(jié)點剪力從可直接測得的梁 端荷載和截面高度出發(fā)計算作用于節(jié)點核心區(qū)的實 際水平剪力 ， 更加具有實時效果 ， 并且考慮了荷載的 往復(fù)作用 ， 精度更高 。 4 模型驗證 為檢驗節(jié)點抗剪通用分析模型和簡化拉 -壓桿 模型對國內(nèi)試驗結(jié)果的適用性 ， 本文收集整理了國 內(nèi)有關(guān)的試驗數(shù)據(jù) ， 并與模型計算結(jié)果進行了對比 分析 ， 見表 1。 試驗值與兩種模型計算結(jié)果的對比如圖 3， 4 所 示 ， 由圖可知 ， 抗剪通用分析模型受剪承載力計算結(jié) 果與試驗值的平均比值為 1. 086， 簡化拉 -壓桿模型 抗剪承載力計算結(jié)果與試驗值的平均比值為 模型計算受剪承載力結(jié)果與試驗值對比 表 1

27、參考 文獻 實測混凝 土強度 f cu150 /MPa 試件 編號 柱軸壓比 n 節(jié)點水平剪力 /kN 抗剪通用 分析模型 簡化拉 - 壓桿模型 試驗值 8 34. 3 J-3 0. 05 622. 0 369. 3 403. 7 9 44. 2 35. 0 29. 3 J-5 J-9 J-10 0. 05 0. 05 0. 25 877. 1 757. 8 613. 5 409. 0 352. 0 613. 5 709. 8 572. 0 603. 0 10 30. 6 36. 9 J-6 J-7 0. 36 0. 05 643. 4 796. 0 532. 0 370. 4 670. 1

28、549. 8 11 30. 7 27. 4 26. 2 25. 4 J-16 J-17 J-18 J-19 0. 45 0. 25 0. 45 0. 40 646. 0 596. 0 549. 0 542. 0 626. 8 418. 0 543. 0 626. 8 628. 0 660. 8 639. 1 552. 5 12 33. 6 29. 3 34. 7 29. 6 J-8 J-12 J-13 J-15 0. 25 0. 25 0. 15 0. 15 714. 3 643. 0 755. 2 643. 4 489. 3 508. 0 625. 0 372. 0 463. 5 541.

29、0 752. 1 670. 1 13 44. 1 37. 3 SJ-1-2 SJ-1-4 0. 40 0. 61 372. 6 322. 7 264. 8 361. 1 292. 0 428. 0 14 36. 0 36. 0 36. 0 ZHJ4 ZHJ5 ZHJ6 0. 33 0. 33 0. 33 221. 7 218. 8 230. 3 190. 0 187. 7 198. 0 212. 3 204. 0 220. 7 注 : 1) 節(jié)點核心區(qū)剪力試驗值由采用改進節(jié)點名義剪力方法得 到 ; 2) 部分試件由于試驗數(shù)據(jù)不完整或組合體發(fā)生的不是節(jié)點剪切 破壞 ， 本文未列出 。 0. 78

30、2。從而表明 ， 簡化拉 -壓桿模型計算結(jié)果總體 偏小 ， 而抗剪通用分析模型計算結(jié)果略大 ; 兩種模型 的計算結(jié)果與試驗值較為接近 。 圖 3 抗剪通用分析模型計算結(jié)果與試驗值對比 5 理論模型的改進 5. 1 改進的節(jié)點抗剪通用分析模型 一方面由于國內(nèi)外混凝土強度測量方法不同 ， 我國采用棱柱體抗壓強度作為混凝土強度的代表 值 ， 而國外多采用圓柱體抗壓強度 ， 這會對模型的計 算結(jié)果帶來一定的誤差 ; 另一方面模型未考慮軸壓 力的增加可以使節(jié)點核心區(qū)約束效應(yīng)增強 ， 抑制核 心區(qū)混凝土斜裂縫的開展 。曹忠民等 15 對該模型 進行了研究 ， 經(jīng)過參數(shù)分析表明 ， 節(jié)點抗剪通用分析 模型得

31、到的柱軸壓比對節(jié)點抗剪強度的影響趨勢與 66 第 43 卷 第 8 期 秦 全 ， 等 混凝土框架內(nèi)節(jié)點受剪承載力計算模型和方法研究 圖 4 簡化拉 -壓桿模型計算結(jié)果 與試驗值對比 圖 5 改進的受剪通用分析模型 計算結(jié)果與試驗值對比 圖 6 改進的簡化拉 -壓桿模型 計算結(jié)果與試驗值對比 試驗結(jié)果不符 ， 因此 ， 他整理了部分國內(nèi)試驗數(shù)據(jù) ， 對抗剪通用分析模型做出了修正 ， 修正后的節(jié)點抗 剪強度表達式為 : v n = v nj + v tb ( 20) v nj = 0 390 h f c ( t f yt N b /b b h b ) ( l f yl N c /b b h b

32、槡 ) t f yt + l f yl ( N b /b b h b + N c /b b h b ) ( 21) v tb =0 29 f c 槡 b tb h tb /h c b c ( 22) 式中邊節(jié)點的節(jié)點類型系數(shù) 由 0. 79 修 正 為 0. 70， 其余參數(shù)含義及取值同式 ( 1) ( 3) 。 5. 2 改進的拉 -壓桿模型 由第 4 節(jié)可知 ， 簡化拉 -壓桿模型計算結(jié)果與試 驗值的平均比值為 0. 782， 計算結(jié)果偏小 。節(jié)點組 合體的設(shè)計破壞形式為 : 梁端產(chǎn)生塑性鉸且達到一 定的位移后 ， 節(jié)點核心區(qū)發(fā)生剪切破壞 。此時梁 、柱 交界面處梁截面由于受壓區(qū)混凝土剝落

33、脫離導(dǎo)致受 壓區(qū)高度退化 ， 因此忽略了梁端受壓區(qū)混凝土對斜 壓桿寬度 a s 的貢獻 。這種考慮對于框架內(nèi)節(jié)點是 偏于安全的 。 然而 ， 對于一個典型的平面框架內(nèi)節(jié)點 ， 在梁端 產(chǎn)生塑性鉸后 ， 節(jié)點兩側(cè)梁對節(jié)點核心區(qū)仍有較好 的約束作用 ， 從模型的精確性角度考慮 ， 筆者認為這 種約束作用是不可忽略的 。Hwang 等在對軟化拉 - 壓桿模型簡化時也提出對于框架內(nèi)節(jié)點可以適當(dāng)考 慮梁端受壓區(qū)混凝土高度 ， 并給出了 0. 2h b 的建議 值 5 。式 ( 17) 和式 ( 18) 通過理論推導(dǎo)得出了梁的 受壓區(qū)高度 a b 可近似取 0. 2h 0 ?？紤]梁受壓區(qū)高度 a b 對斜

34、壓桿寬度的影響 ， 斜壓桿寬度取由梁受壓區(qū) 和柱受壓區(qū)組成的直角三角形的斜邊長度 ， 斜壓桿 寬度可以改進為 : a s = a 2 b + a 2 槡 c ( 23) 用式 ( 23) 得到的斜壓桿寬度 a s 代替式 ( 7) 中斜 壓桿寬度 a s ， 即為本文給出的改進的拉 -壓桿模型 。 5. 3 改進模型的驗證 對表 1 中各參考文獻的試件采用改進抗剪通用 分析模型 、改進簡化拉 -壓桿模型計算節(jié)點水平受剪 承載力 ， 結(jié)果見表 2。兩種改進模型的節(jié)點受剪承 載力計算結(jié)果與試驗值的對比如圖 5， 6 所示 。由圖 5 可知 ， 改進受剪通用分析模型節(jié)點水平剪力計算 結(jié)果與試驗值的平

35、均比值為 0. 941， 說明改進后的 模型計算結(jié)果與試驗值吻合較好 ， 且偏于安全 。由 圖 6 可以看出 ， 改進簡化拉 -壓桿模型計算結(jié)果與試 驗值的平均比值為 0. 847， 表明改進后的模型計算 結(jié)果與試驗結(jié)果吻合更好 。 兩種改進模型計算的節(jié)點水平受剪承載力 表 2 試件 編號 節(jié)點水平剪力 /kN 改進抗剪 通用分析 模型 改進簡化 拉 -壓桿 模型 試件 編號 節(jié)點水平剪力 /kN 改進抗剪 通用分析 模型 改進簡化 拉 -壓桿 模型 J-3 539. 1 390. 4 J-8 619. 1 524. 0 J-5 760. 2 523. 6 J-12 549. 5 566. 0

36、 J-9 656. 8 413. 5 J-13 654. 5 476. 0 J-10 531. 7 445. 5 J-15 561. 2 580. 7 J-6 557. 6 434. 6 SJ-1-2 322. 9 306. 9 J-7 689. 9 463. 0 SJ-1-4 279. 7 383. 8 J-16 559. 9 667. 2 ZHJ4 192. 2 207. 0 J-17 516. 6 468. 0 ZHJ5 189. 6 198. 0 J-18 475. 8 580. 8 ZHJ6 199. 6 216. 3 J-19 469. 7 667. 2 值得注意的是 ， 改進受剪

37、通用分析模型的改進 僅僅是在部分試驗結(jié)果上提出的 ， 并沒有真正解決 軸壓比對節(jié)點承載力的影響 ， 因此該模型中柱軸壓 比對于節(jié)點抗剪強度的影響還需要進一步研究 。 Hwang 等在大量試驗基礎(chǔ)上給出的梁柱交界面處梁 的受壓區(qū)高度為 0. 2h b 的建議值非常接近本文給出 的 0. 2h 0 的結(jié)果 ， 這也驗證了本文改進方法的適用 性 。改進簡化拉 -壓桿模型計算結(jié)果與試驗值的平 均比值為 0. 847， 這與簡化拉 -壓桿模型中式 ( 14) 為 考慮設(shè)計安全性所選取的折減系數(shù) 值 ( 0. 85) 非 76 建 筑 結(jié) 構(gòu) 2013 年 常接近 ， 從另一面驗證了改進簡化拉 -壓桿模型

38、計算 方法的精確性 。 6 結(jié)論 ( 1) 節(jié)點受剪通用分析模型綜合考慮了影響節(jié) 點受剪強度的諸多因素 。然而 ， 關(guān)于軸壓比對節(jié)點 受剪承載力的影響仍有缺陷 ， 該模型忽略柱軸壓力 對核心區(qū)混凝土的約束效應(yīng) ， 柱軸壓比對節(jié)點抗剪 強度的影響規(guī)律與試驗結(jié)果不符 。 ( 2) 簡化拉 -壓桿模型具有明確的傳力機理 ， 合 理反映了節(jié)點核心區(qū)的受剪機制 ， 設(shè)計方法較為實 用 。但是該方法忽略梁端受壓區(qū)混凝土高度的影 響 ， 只考慮柱受壓區(qū)混凝土對斜壓桿寬度的貢獻 ， 導(dǎo) 致對框架內(nèi)節(jié)點的計算結(jié)果偏于保守 。 ( 3) 通過計算結(jié)果與試驗值的對比分析得出 : 框架內(nèi)節(jié)點斜壓桿寬度計算時 ， 需要

39、考慮梁混凝土 受壓區(qū)高度的影響 ， 并通過考慮地震作用下梁端剪 力的往復(fù)作用 ， 建議梁截面受壓區(qū)高度近似取為 0. 2h 0 。改進后的模型計算結(jié)果與試驗值更為吻合 。 參 考 文 獻 1 ATTAALLA SAYED General analytical model for nominal shear stress of type 2 normal-and high-strength concrete beam-column joints J ACI Structural Journal， 2004， 101( 1) : 65-75 2 HWANG SHYH JIANN， LEE HUNG

40、 JEN Analytical model for predicting shear strengths of exterior reinforced concrete beam-column joints for seismic resistance J ACI Structural Journal， 1999， 96( 5) : 846-857 3 HWANG SHYH JIANN， LEE HUNG JEN Analytical model for predicting shear strengths of interior reinforced concrete beam-column

41、 joints for seismic resistance J ACI Structural Journal， 2000， 97( 1) : 35-44 4 季濤 ， 錢在茲 ， 莊一舟 鋼纖維鋼筋混凝土扁梁柱節(jié)點 極限抗剪承載力的計算方法 J 建筑結(jié)構(gòu) ， 2000， 30 ( 9) : 49-52 5 HWANG SHYH JIANN， LEE HUNG JEN Strength prediction for discontinuity regions by softened strut-and- tie model J ASCE Journal of Structural Engine

42、ering， 2002， 128( 12) : 1519-1526 6 SHIOHARA HITOSHI New model for shear failure of RC interior beam-column connections J ASCE Journal of Structural Engineering， 2001， 127( 2) : 152-160 7 趙國藩 高等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué) M 北京 : 機械工 業(yè)出版社 ， 2008 8 傅劍平 鋼筋混凝土框架節(jié)點抗震性能與設(shè)計方法研 究 D 重慶 : 重慶大學(xué) ， 2002 9 傅劍平 ， 陳小英 ， 陳濤 ， 等 中低剪壓比框

43、架節(jié)點抗 震機理的試驗研究 J 重慶建筑大學(xué)學(xué)報 ， 2005， 27 ( 1) : 41-47 10 傅劍平 ， 張川 ， 陳濤 ， 等 鋼筋混凝土抗震框架節(jié)點 受力機理及軸壓比影響的試驗研究 J 建筑結(jié)構(gòu)學(xué) 報 ， 2006， 27( 3) : 67-77 11 傅劍平 ， 朱愛萍 ， 陳小英 ， 等 框架高剪壓比中間層 中節(jié)點抗震性能試驗研究 J 重慶建筑大學(xué)學(xué)報 ， 2006， 28( 1) : 40-46 12 傅劍平 ， 張笛川 ， 陳濤 ， 等 中等偏高剪壓比抗震節(jié) 點傳力機理及性能試驗 J 重慶建筑大學(xué)學(xué)報 : 自然 科學(xué)版 ， 2005， 28( 6) : 84-90 13

44、框架節(jié)點專題研究組 低周反復(fù)荷載作用下鋼筋混凝 土框架梁柱節(jié)點核心區(qū)抗剪強度的試驗研究 J 建 筑結(jié)構(gòu)學(xué)報 ， 1983， 4( 6) : 61-75 14 呂西林 ， 郭子雄 ， 王亞勇 RC 框架梁柱組合件抗震性 能試驗研究 J 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報 ， 2001， 22( 1) : 2-7 15 曹忠民 ， 李愛群 鋼筋混凝土梁柱節(jié)點最新抗剪通用 分析模型的修正 J 鐵道工程學(xué)報 ， 2005( 6) : 28-31 ( 上接第 39 頁 ) 栓處于偏心受力狀態(tài) ， 所以剛性帶頸法蘭的應(yīng)用性 能有待于進一步的研究 。因此建議輸電線路鋼管塔 選用柔性高強帶頸鍛造對焊法蘭 。 3 結(jié)論 ( 1) 柔

45、性設(shè)計的 Q420， Q460 帶頸對焊法蘭未發(fā) 生鍛造法蘭 、對接焊縫的破壞以及連接螺栓的拉斷 破壞 ， 說明 Q420， Q460 柔性帶頸對焊法蘭和對接焊 縫是可靠的 ， 能夠滿足工程需要 。 ( 2) 對于大小管對接法蘭 ， 在整個加載過程中 ， 法蘭節(jié)點及鋼管的變形均主要集中在小管徑一側(cè) ， 因此建議對于大小管對接的法蘭 ， 小管徑一側(cè)在設(shè) 計時應(yīng)予以加強 。 ( 3) 焊縫上側(cè)主管局部 、帶頸法蘭的直頸段及 連接螺栓等部位均為偏心受力狀態(tài) ， 在法蘭設(shè)計時 應(yīng)予以考慮 。 ( 4) 根據(jù)試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn) ， Q460 柔性和剛性兩種 帶頸對焊法蘭的法蘭板均有一定的撬起 ， 今后可繼 續(xù)

46、深入研究剛性帶頸法蘭板的合理厚度 ， 目前輸電 線路鋼管塔推薦選用柔性高強帶頸鍛造對焊法蘭 。 參 考 文 獻 1 劉振亞 特高壓電網(wǎng) M 北京 : 中國電力出版社 ， 2005 2 送電用鋼管鉄塔製作基凖 S 東京 : 日本鉄塔恊會 ， 平成 7 年 3 月 3 GB/T 9115. 12000 平面 、突面對焊鋼制管法蘭 S 北京 : 中國標準出版社 ， 2005 4 DL/T 51542002 架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī) 定 S 北京 : 中國電力出版社 ， 2002 5 1000kV交流特高壓同塔雙回線路桿塔結(jié)構(gòu)研究 R 北京 : 中國電力科學(xué)研究院 ， 2008 6 特高壓鋼管塔高頸法蘭和偏心節(jié)點優(yōu)化設(shè)計研究 R 北京 : 中國電力科學(xué)研究院 ， 2009 86