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

建材技术与应用 2014年3期

，， (.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)

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。