局部實心對空心板柱節(jié)點沖切性能影響

黨隆 基龐瑞

(河南工業(yè)大學土木建筑學院,河南 鄭州 450001)

局部實心對空心板柱節(jié)點沖切性能影響

黨隆 基龐瑞

(河南工業(yè)大學土木建筑學院,河南 鄭州 450001)

為了研究局部實心對現(xiàn)澆空心板柱結(jié)構(gòu)節(jié)點沖切性能的影響,對3個空心板柱中柱節(jié)點進行了杭沖切試驗的數(shù)值模擬,得到了不同條件下空心板柱節(jié)點的受沖切承載力。采用數(shù)據(jù)對比的方法,研究了局部實心對空心板受沖切承載力的影響。數(shù)值分析結(jié)果表明:在空心板柱結(jié)構(gòu)節(jié)點附近設(shè)置局部實心的方法能夠很好地提高節(jié)點的受沖切承載力。

空心樓蓋;板柱節(jié)點;沖切承載力;局部實心

現(xiàn)澆空心板柱組合結(jié)構(gòu)體系是通過預(yù)制埋芯成孔工藝制備而成的一種新型結(jié)構(gòu)［1］。與傳統(tǒng)梁板結(jié)構(gòu)相比,空心板柱結(jié)構(gòu)可降低樓板自重、節(jié)省建筑材料、減少噪音傳遞。樓板內(nèi)的封閉空腔增加了建筑物的整個抗彎剛度［2］,因此抗震性能比較好。無梁的存在滿足了真正意義的平板,降低了層高,房屋的保溫節(jié)能效果更好［3］。目前,現(xiàn)澆空心板柱結(jié)構(gòu)已經(jīng)越來越多地應(yīng)用到實際工程中,但空心板柱節(jié)點的抗沖切問題一直是工程界比較關(guān)注的課題。本文主要研究了局部實心對板柱節(jié)點受沖切能力的影響,為發(fā)展和完善現(xiàn)澆空心板柱結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計理論及工程設(shè)計應(yīng)用給出了相應(yīng)的建議［4］。

1 非線性有限元分析

1.1 數(shù)值分析的可靠性討論

由于有限元軟件模擬板柱結(jié)構(gòu)受沖切過程時,計算準確性受到有限元簡化方法和參數(shù)設(shè)置的影響。因此,在進行有限元分析之前,有必要對有限元計算的可靠性進行進一步的分析研究。最有效的方法就是通過有限元計算結(jié)果和實際試驗結(jié)果進行對比,若能保證誤差在可接受的范圍之內(nèi),就可以把有限元結(jié)果視為可靠結(jié)果。

東南大學趙斌斌共設(shè)計制作了空心板柱構(gòu)件6塊,研究了空心板柱節(jié)點在豎向荷載和不平衡彎矩共同作用下板柱節(jié)點的受沖切性能,得到了比較理想的試驗結(jié)果［5］。為了驗證ABAQUS軟件能夠可靠的模擬出試件的各種破壞類型,選取了代表性的試件UM1、UM2,這兩個模型的試驗破壞荷載分別為120kN和110kN。

根據(jù)試驗實際情況,利用有限元軟件ABAQUS模擬UM1和UM2,鋼筋和混凝土材料。

數(shù)據(jù)均采用文獻中實測數(shù)據(jù)。試件UM1和UM2的破壞荷載分別為120kN和110kN。從有限元軟件的荷載位移曲線可以看出,UM1、UM2的破壞荷載為107kN和124kN,與試驗結(jié)果相比誤差為10.8%和12.7%。考慮到有限元模型材料參數(shù)、本構(gòu)關(guān)系以及邊界條件的選取與實際試驗有一定的誤差,而且有限元計算中未考慮鋼筋和混凝土之間的黏結(jié)滑移,因此通過有限元軟件ABAQUS對板柱節(jié)點沖切性能的研究具有一定的可靠性。

1.2 模型設(shè)計

在文獻［5］的基礎(chǔ)上,選取空心板柱中柱節(jié)點為研究對象,共設(shè)計了3個數(shù)值模型。圖1為空心板［4,6］構(gòu)造詳圖,圖2為局部實心板［4］的構(gòu)造詳圖。模型加載柱高為700mm,柱截面尺寸為300mm*300mm,柱子配筋為8C16,板寬為1 400mm,混凝土設(shè)計等級為C30。表1給出了模型的主要參數(shù)。

圖3 Mises應(yīng)力云圖

表1 空心板柱節(jié)點模型參數(shù)

圖1 空心板構(gòu)造詳圖

圖2 局部實心板構(gòu)造詳圖

1.3 數(shù)值分析結(jié)果

圖3為空心板柱節(jié)點的數(shù)值分析結(jié)果。由圖3可知,鋼筋和混凝土已全部屈服并發(fā)生較大的塑性變形；板柱節(jié)點處混凝土應(yīng)力達到最大,且板柱節(jié)點附近有明顯的沖切椎體形成。圖4為HP1～HP3的荷載—位移曲線,三者的破壞荷載分別為277kN、200kN、170kN。由圖4可知,當荷載較小時,隨著荷載的增加,位移呈近似線性增長,板基本處于彈性工作階段；當荷載慢慢增大,板開始進入塑性階段,位移非線性增長。當達到破壞荷載后,荷載迅速降低,位移明顯增大,此時判斷模型構(gòu)件已經(jīng)破壞,均為典型的沖切破壞。

圖4 荷載―位移曲線

2 結(jié)果分析

現(xiàn)澆空心板柱結(jié)構(gòu)的受沖切承載力較實心板有明顯的降低的,但是在同等條件下板柱節(jié)點附近設(shè)置局部實心區(qū)域節(jié)點受沖切承載力比空心板提高了17.6%,局部實心板的破壞撓度和延性系數(shù)較空心板也有一定量的提高。因此,在工程設(shè)計中,板柱節(jié)點附近設(shè)置實心區(qū)域是一種比較合理的方法。

3 結(jié)論

3.1 空心板柱結(jié)構(gòu)節(jié)點的破壞形態(tài)和實心板柱結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)相似。

3.2 在空心板柱結(jié)構(gòu)節(jié)點附近布置局部實心的方式在一定程度上可以提高節(jié)點的抗沖切能力,更加經(jīng)濟合理,減少了建筑材料的消耗。

［1］Martina Schnellenbach一Held,Karsten Pfeffer.Punching behavior of biaxial hollow slabs［J］.Cement&Concrete Composite, 2002(24):551一556.

［2］Adel A.Elgabry,Amin Ghali.Moment Transferby Shear in Slab一Column Connections［J］.ACI Structural Journal,1996(2): 187一196.

［3］許清風.新型梁柱—板柱組合結(jié)構(gòu)(住宅)體系板柱節(jié)點的研究［D］.東南大學,2001.

［4］中華人民共和國標準.JGJ T268一2012現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋技術(shù)規(guī)程［S］.中國建筑工業(yè)出版社,2012.

［5］趙斌斌.不平衡彎矩作用下空心板柱節(jié)點沖切性能研究［D］.東南大學,2013.

［6］中華人民共和國標準.GB50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.中國建筑工業(yè)出版社,2010.

Effects of Local Solid on Punching Shear Performance of Hollow Slab Column Joints

Dang Longji Pang Rui
(School of Civil Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou Henan 450001)

In order to study the influence of local solid on the punching shear performance of the cast一in一place hollow slab column structure,the punching shear bearing capacity of the hollow slab column joints under different conditions was obtained by the numerical simulation of the anti一punching shear test of 3 hollow slab column joints.By using the method of data comparison,the effects of local solid on the punching shearbearing capacity of the hollow slab were studied.The numerical results showed that the method of setting the local solid in the vicinity of the hollow slab column structure joints can improve the punching shear bearing capacity of the joint greatly.

hollow floor frame;slab column joint;punching shear bearing capacity;local solid

TU375

A

1003一5168(2015)07一0093一3

2015一6一13

黨隆基(1992一),男,在讀碩士,研究方向:現(xiàn)澆空心板柱結(jié)構(gòu);龐瑞(1981一),男,博士,副教授,研究方向:裝配式RC建筑結(jié)構(gòu)體系力學性能與杭震設(shè)計方法等。