钢次梁插入混凝土框架梁节点附加横向钢筋设计探讨

（贵州永兴建设工程质量检测有限公司，贵州 贵阳 550000）

引言

间接加载梁的抗剪强度比直接加载梁降低0～63.4%，降低的幅度主要随剪跨比、间接荷载沿梁高作用的位置以及配箍率而变化[1～3]。现行《混凝土结构设计规范》[4]虽然给出了直接和间接荷载作用下梁的附加横向钢筋的计算公式及分布范围，但针对钢次梁直接插入混凝土框架梁这一特殊节点的附加横向钢筋设置研究甚少[5～6]。本文给出了钢次梁插入式节点下框架梁附加横向钢筋的设计方法并通过模型试验和有限元分析验证了此方法的合理性。

一、钢次梁直接插入混凝土框架梁的破坏形态与机理

本模型的钢次梁在框架梁的高度范围内，并受到集中荷载作用，则钢次梁上的集中梁荷载只能通过其受压区混凝土以剪力形式传给主梁在主梁上产生局部应力，该局部应力在荷载两侧（0.5～0.65）倍梁高范围内逐渐消失，由局部应力产生的主拉应力在主梁腹部可能引起斜裂缝[7]。

二、附加横向钢筋的设计方法

（一）模型M1主梁斜截面受剪配箍和受扭配筋计算

本文计算不考虑弯扭及剪扭相关性，根据GB50010-2010第9.2.5条及第9.2.9条中相关规定进行受扭配筋验算。

（二）模型M1主梁附加横向钢筋计算

本试验中不单独配置附加箍筋，由受剪箍筋及附加吊筋承担次梁传递的集中荷载。其中附加横向钢筋的布置长度为s=2h1+3b；附加横向钢筋采用吊筋时，钢次梁下吊筋的水平段长度可取为b+100mm，b为钢次梁下翼缘的实际宽度；弯起段应延伸至主梁的上边缘，且末端水平段长度，在受拉区不应小于20d，在受压区不应小于10d，d为吊筋的直径；吊筋与梁轴线间的夹角α，当主梁截面高度h≤800mm时，α可取45°，当主梁截面高度h>800mm时，α可取60°；

三、试验概况

试验基于某实际工程，采用1:2缩尺模型，试验模型为从楼面结构中截取一根混凝土框架梁作为研究对象.研究钢次梁插入式节点的受力特点、传力机理、破坏过程、破坏形态以及框架梁的受力性能.两端整浇混凝土柱和连系梁，通过锚栓将连系梁固定在试验台座上，保证混凝土两端为固定支座。

（一）加载装置和量测布置

模型试验的加载装置采用反力架与液压千斤顶的加载机构，MX1对钢次梁外伸端逐个采用单点加载，为使加载点尽可能靠近框架梁边缘以减少扭矩，在钢次梁顶面设置本次试验专门设计和制作的宽度为100mm的箱形截面钢垫块，截面尺寸为200×100×120(mm)，保证加载点（即钢垫板中心线）至框架梁边缘的距离只有50mm.单点加载时，千斤顶直接作用在钢垫块上。

（二）测试内容

本次模型试验主要采用电阻应变片量测试验模型的应变，包括：框架梁节点区附近的箍筋和吊筋应变；钢次梁固定端和加载点处的竖向位移.试验过程中还将量测混凝土框架梁的裂缝开展宽度和走向.

四、试验模型与有限元模型计算结果

（一）模型各节点加载现象及分析

模型M1三个节点的编号分别为D、E、F，其中D、F为邻近框架梁左、右两个支座的节点.由于D、F两个节点的裂缝开展特征及破坏形态相似，故选取其中一个节点D进行说明.

节点D：当加载至210kN时，框架梁剪跨内加载点一侧出现1条腹剪斜裂缝，此时框架梁加载点对面梁底出现受弯竖向裂缝，可判定210kN为MX1节点D的斜截面开裂荷载.当加载至270kN时，框架梁剪跨内新增3条斜裂缝，其中一条已延伸至支座边缘.当加载至300kN时，加载点对面框架梁剪跨内出现第一条腹剪斜裂缝.当加载至330kN时，钢次梁上翼缘附近出现了2条水平裂缝，最大裂缝宽度为0.08mm.当加载至660kN时，剪跨内钢次梁附近箍筋和吊筋已屈服；框架梁剪跨内最大斜裂缝宽度达到1.7mm，超过了《混凝土结构试验方法标准》（GB 50152-2012）规定的限值1.5mm，停止加载.节点D的破坏形态为框架梁斜截面受剪破坏，

五、结论

（一）在框架梁高度范围内有钢次梁梁集中荷载作用时，考虑钢次梁与框架梁高度的相对位置对主梁抗剪强度的影响来确定附加横向钢筋数量更为合理。

（二）在框架梁截面高度范围内有集中荷载作用，应严格按规范进行附加横向钢筋，吊筋的计算与布置。吊筋宜成对布置,附加横向吊筋设置在主梁底纵筋位置，而不是设置在产生集中荷载的横梁底。

（三）附加横向钢筋不足或漏设能直接引起强度破坏，涉及到结构或结构构件的安全性，因此其设计应按承载能力极限状态进行，因此无论是设计人员还是施工人员，对附加横向钢筋的设置应给予高度重视。