箍筋布置方式对斜次梁抗剪性能的影响
2014-03-23山西省交通科学研究院山西太原00006山西职业技术学院山西太原00006北京交通大学土木建筑工程学院北京00044
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引言
在梁中箍筋主要起构造作用,目的是抑制裂缝发展以及提高斜截面抗剪承载力。以往的研究认为[1-2]:箍筋成45°角布置时的抗剪性能优于成直角布置,并且斜向布置箍筋在限制裂缝方面的效果也优于直角布置。但在实际工程施工中,考虑到便捷施工,梁中箍筋往往成直角布置方式。然而随着房屋建筑领域的发展,人们对房屋建筑的美观要求大大提高,结构中的主次梁斜角相交的现象屡见不鲜[3]。当主次梁斜交时,次梁箍筋无法平行于主梁布置。因此,探寻最佳斜次梁箍筋布置方式具有重要的意义。本文通过理论分析、模型试验、有限元模拟等方法,研究了箍筋布置方式对斜次梁箍筋抗剪性能的影响。
1 斜次梁受剪构件受力机理分析
1.1 受力模型
采用目前较为流行的变角度空间桁架模型,对梁斜截面的受力情况进行分析。假定混凝土只受压力,纵筋和箍筋只受拉力,将混凝土实心截面等效为空心截面[4](见图1),采用空间桁架模型进行分析(见图2)。
图1 等效空心截面示意图
图2 空间桁架模型示意图
1.2 公式推导
(1)
由此推得箍筋抗剪承载力公式为:
(2)
2 试验梁设计和试验结果
2.1 试验设计
本试验设计共分2组,通过改变梁中箍筋夹角与间距,分别对比研究二者对梁斜截面抗剪承载力的影响[5]。各组试验梁信息见表1,配筋信息见图3。试验采用跨中逐级加载的方式,测量不同箍筋布置方式下各梁的扰度变化及破坏情况。
表1 试验梁信息表
图3 试验梁配筋图
2.2 试验现象及结果
试验梁的剪跨比1<λ(λ=1.6)<3。由各梁的破坏情形可知,试验梁均为典型的剪压破坏(见图4),各组试验梁的试验现象也较为类似。各梁破坏荷载见表2。
由试验数据分析可知,两组试验梁在开裂荷载、极限荷载及最终跨中挠度方面相差均较小,尤其是在极限承载力及跨中挠度方面,箍筋夹角改变后,试验梁的变化值均不足5%,可见,箍筋夹角的改变对梁抗剪性能的影响甚微。而随着箍筋间距的减小,梁的抗剪承载力显著提高。由此可知,在其他条件相同的情况下,箍筋的布置方式对梁斜截面抗剪承载力的影响较小,而箍筋布置间距是其抗剪承载力的主导因素。
图4 试验梁破坏结果(梁1)
类别开裂荷载/kN极限荷载/kN跨中挠度/mm第1组梁1501352.9梁2601353.0第2组梁3701954.0梁4601954.0
3 有限元数值模拟
为了验证试验结果的准确性和进行更深入的研究,本文采用有限元数值模拟的方法,对不同箍筋布置方式下的斜次梁抗剪承载力进行分析。
3.1 单元类型
在有限元分析中,采用双线型随动强化BKIN模型模拟,服从Von Mises屈服准则。单元选取时,本文采用ANSYS软件单元库中的空间有限元单元solid65及link8来分别模拟混凝土及钢筋,同时假定二者可靠粘结[6-7]。为了与试验结果进行比较,在有限元分析中,仍模拟分析2组不同的试验梁,梁的各项参数与试验梁相同(见表1)。
3.2 结果分析
有限元分析结果见表3。
表3 有限元分析结果
有限元分析的结果表明,在其他条件一致,仅梁箍筋夹角取值不同时,各梁在达到屈服时的极限承载力差别较小,两组梁差距均不足5%;且梁达到极限承载力而破坏时,其箍筋达到屈服,而纵筋受力较小。同时,箍筋间距越小,梁的抗剪承载力越高,说明箍筋间距仍是决定梁斜截面抗剪承载力的主导因素。通过对比同一试验梁的试验结果及有限元模拟所得的荷载-挠度曲线(见图5)可知,有限元模拟结果与试验结果较吻合,数据基本一致,说明有限元分析能够较好地拟合试验。
图5 荷载-挠度曲线
4 结论
本文就箍筋布置方式对斜次梁抗剪性能的影响进行了研究。在试验的基础上,运用有限元分析方法进一步进行了比对验证。结果表明:
4.1 采用不同夹角布置箍筋时,次梁斜截面的抗剪承载力差别较小,且二者开裂荷载、开裂方式、极限荷载及最终挠度值均比较接近。
4.2 箍筋布置间距是次梁斜截面抗剪承载力的主导因素。箍筋间距越小,梁的抗剪承载力越高。
4.3 箍筋夹角布置方式对次梁抗剪承载力影响较小,在实际工程中,可按实际需要选用不同的次梁箍筋布置方式。
参考文献:
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