異形柱結構抗震性能研究綜述

王瑋琨/華北理工大學

異形柱結構抗震性能研究綜述

王瑋琨/華北理工大學

異形柱結構是近年來發(fā)展迅速,并在住宅設計中廣泛應用的一種良好結構形式。目前國內外研究者對異形柱構件抗震性能的試驗研究較為深入,故總結國內外異形柱結構抗震性能方面的研究成果，探討其中的不足之處，并提出相關的一些關鍵問題及建議，為今后的理論研究提供思路。

異形柱；抗震性能；框架結構

一、異形柱結構研究的背景及可行性

我國屬于土地資源緊缺的國家，建房建設用地利用率低，提高土地使用效率成為亟待解決的問題。異形柱的截面形式主要為T形、L形或者十字形，它多用于框架結構。與一般的框架柱相比異形柱有效的提高了室內使用面積，因其柱肢隱于墻體內，大大節(jié)省了建筑空間，傳統(tǒng)框架柱的缺陷得以解決。異形柱其特殊的截面形式已無法再用普通柱的方法來進行計算與分析，抗震性能和一般柱也有所不同，因此許多問題尚有待解決。但是對于異形柱結構的研究從未停止過努力。

二、異形柱結構國內的研究現(xiàn)狀

（一）異形柱正截面承載力的研究

清華大學、天津大學等一些科研單位對異形柱進行了正截面承載力特性研究，主要結論為:從加載開始直到破壞，異形柱結構的截面平均應變基本符合平截面假定；截面中和軸一般不與彎矩作用平面垂直，也不與截面邊緣平行，其位置隨混凝土強度、配筋及荷載角、截面尺寸等因素的變化而變化[1]～[5]；其破壞形態(tài)可分為界限破壞、大偏壓破壞和小偏壓破壞；根據(jù)曹萬林教授等人的研究，對于異形柱的承載力有較大影響的是軸壓比與加載角；應采用最不利荷載角方向的承載力作為控制因素；對于異形柱的正截面承載力的提高可以通過配置暗柱的形式等等[6]。

（二） 異形柱斜截面承載力的研究

同濟大學等單位對異形柱進行了抗剪承載力特性研究，對22根T行柱、44根L形柱和6根字形柱的受剪承載力、斜截面破壞等進行了分析。試驗結果表明：T形和L形截面框架柱受反復加載、廣義剪跨比、配箍率及軸壓力的影響與矩形截面框架柱相近；L形截面柱在反復加載時混凝土與腹板內縱筋之間的粘結破壞現(xiàn)象非常嚴重，使得試件的變形能力和受剪承載力降低；在橫向荷載作用下L形截面柱存在附加扭矩作用，相比T形截面柱L形截面柱的粘結破壞較較為嚴重；T形和L形的受剪破壞特征均為受剪斜裂縫，主要發(fā)生在腹板處，而翼緣的存在降低了砼主拉應力，使斜裂縫受到抑制；對于L形框架柱來說，影響其變形和受剪承載力的重要因素是彎矩比，受剪承載力最低時界限反彎點不在柱中點；T形截面柱的受剪承載力隨水平荷載作用方向而變化；T形試件斜裂縫的分布與矩形柱的不同，其壓端翼緣的混凝土壓碎區(qū)與矩形柱也有所差別；相對于矩形截面柱來說，T形截面柱的極限受剪承載力要高，所以受壓翼緣的有利作用應在計算中考慮周到[7]。根據(jù)試驗的結果，給出了異形柱抗剪承載力的計算公式。

三、異形柱結構國外研究現(xiàn)狀

在二十世紀七十年代美國學者Joaguln Marin[8]進行了第一個鋼筋混凝土L形短柱的全過程分析，通過對大量L形短柱試驗和理論研究，提出一套計算圖表，供設計人員使用。M.Kawakami[9], Dundar c.Sahin B[10]和Y.Yau.S.l.Chan、 A.K.W.So[11]分別研究了任意截面鋼筋混凝土柱的雙向偏壓狀態(tài)，分析了采用普通鋼筋及預應力鋼筋時的極限強度、開裂等受力狀態(tài)。給出了異形柱的最小配筋率，并且作出了非對稱截面的配筋相關曲線(Mx一My)，因此保證此種混凝土構件安全且經濟的進行正常工作。Hsu.cheng-Tzu Thomas先后對雙向偏壓的T形、L形和槽形截面的鋼筋混凝土柱進行了試驗和理論研究，分別采用普通混凝土、粉煤灰混凝土和高強混凝土制作構件，最后歸納出荷載等值線圖和強度相關曲線。

四、結語與展望

異形柱框架結構的受力特點不同于傳統(tǒng)矩型柱框架結構，若采用空間桿系模型，可更細致地描述結構受力狀況，從而可找出結構各桿單元屈服順序，確定結構破壞機制；第二就是異形柱柱肢較薄，柱中增設暗柱會造成施工不便，質量得不到保證，采用端部配筋加強的方案更加合理。

[1]高云海，鋼筋混凝土 T 形截面雙向壓彎構件正截面強度、延性及滯回特性的試驗研究[D][碩士學位論文]，天津大學，1993

[2]翁維素，高強約束混凝土 T 形截面雙向壓彎構件的研究[D][碩士學位文]. 天津大學，1997

[3]陳謙等. 雙向偏心受壓 L 形截面柱的計算[J]. 華南理工大學學報，1995 （1）:62～67

[4]王丹，黃承逵，劉明等，異形柱雙偏壓構件正截面承載力試驗及設計方法研究[J],建筑結構學報,2001，22(5) :36～42

[5]姚俊淦，江見鯨，異形柱雙向偏心受壓正截面承載力分析及程序設計[J]，力學與實踐，2001，23：20～23

[6]曹萬林，胡國振，崔立長等，鋼筋混凝土帶暗柱異形柱抗震性能試驗及分析[J]，建筑結構學報，2002，23(1) ：16～21

[7]吳建營， 異形截面柱在低周反復荷載作用下的抗剪性能試驗與理論研究[D][碩士學位論文],同濟大學，2001

[8]Joaguin Marin. Design Aids for L-shaped Reinfored Concrete Cloumns. ACI Structural Journal,November,1979,pp1197-1216.

[9]M.Kawakami.Limit States of Cracking and Ultimate Strength of Arbitrary Concrete Sections under Biaxial Bending. ACI Structural Journal, March-April, 1985.

[10]Dundar C.sahin B. Arbitrarily shaped Reinforced Concrete Members Subject to Biaxial Bending and Axial Load. Computer and Structures, 1993,44(4).

[11]C.Y.Yau.S.L.Chan,A.K.W.So. Biaxial Bending Design of Arbitrarily Shaped Reinforced Concrete Column. ACI Structural Journal May-June, 1993,pp269-278.