箍筋布置方式對斜次梁抗剪性能的影響

， ， (.山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 00006；.山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 00006；.北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，北京 00044)

引言

在梁中箍筋主要起構(gòu)造作用，目的是抑制裂縫發(fā)展以及提高斜截面抗剪承載力。以往的研究認(rèn)為[1-2]：箍筋成45°角布置時的抗剪性能優(yōu)于成直角布置，并且斜向布置箍筋在限制裂縫方面的效果也優(yōu)于直角布置。但在實際工程施工中，考慮到便捷施工，梁中箍筋往往成直角布置方式。然而隨著房屋建筑領(lǐng)域的發(fā)展，人們對房屋建筑的美觀要求大大提高，結(jié)構(gòu)中的主次梁斜角相交的現(xiàn)象屢見不鮮[3]。當(dāng)主次梁斜交時，次梁箍筋無法平行于主梁布置。因此，探尋最佳斜次梁箍筋布置方式具有重要的意義。本文通過理論分析、模型試驗、有限元模擬等方法，研究了箍筋布置方式對斜次梁箍筋抗剪性能的影響。

1 斜次梁受剪構(gòu)件受力機理分析

1.1 受力模型

采用目前較為流行的變角度空間桁架模型，對梁斜截面的受力情況進行分析。假定混凝土只受壓力，縱筋和箍筋只受拉力，將混凝土實心截面等效為空心截面[4](見圖1)，采用空間桁架模型進行分析(見圖2)。

圖1 等效空心截面示意圖

圖2 空間桁架模型示意圖

1.2 公式推導(dǎo)

(1)

由此推得箍筋抗剪承載力公式為：

(2)

2 試驗梁設(shè)計和試驗結(jié)果

2.1 試驗設(shè)計

本試驗設(shè)計共分2組，通過改變梁中箍筋夾角與間距，分別對比研究二者對梁斜截面抗剪承載力的影響[5]。各組試驗梁信息見表1，配筋信息見圖3。試驗采用跨中逐級加載的方式，測量不同箍筋布置方式下各梁的擾度變化及破壞情況。

表1 試驗梁信息表

圖3 試驗梁配筋圖

2.2 試驗現(xiàn)象及結(jié)果

試驗梁的剪跨比1<λ(λ=1.6)<3。由各梁的破壞情形可知，試驗梁均為典型的剪壓破壞(見圖4)，各組試驗梁的試驗現(xiàn)象也較為類似。各梁破壞荷載見表2。

由試驗數(shù)據(jù)分析可知，兩組試驗梁在開裂荷載、極限荷載及最終跨中撓度方面相差均較小，尤其是在極限承載力及跨中撓度方面，箍筋夾角改變后，試驗梁的變化值均不足5%，可見，箍筋夾角的改變對梁抗剪性能的影響甚微。而隨著箍筋間距的減小，梁的抗剪承載力顯著提高。由此可知，在其他條件相同的情況下，箍筋的布置方式對梁斜截面抗剪承載力的影響較小，而箍筋布置間距是其抗剪承載力的主導(dǎo)因素。

圖4 試驗梁破壞結(jié)果(梁1)

類別開裂荷載/kN極限荷載/kN跨中撓度/mm第1組梁1501352.9梁2601353.0第2組梁3701954.0梁4601954.0

3 有限元數(shù)值模擬

為了驗證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和進行更深入的研究，本文采用有限元數(shù)值模擬的方法，對不同箍筋布置方式下的斜次梁抗剪承載力進行分析。

3.1 單元類型

在有限元分析中，采用雙線型隨動強化BKIN模型模擬，服從Von Mises屈服準(zhǔn)則。單元選取時，本文采用ANSYS軟件單元庫中的空間有限元單元solid65及l(fā)ink8來分別模擬混凝土及鋼筋，同時假定二者可靠粘結(jié)[6-7]。為了與試驗結(jié)果進行比較，在有限元分析中，仍模擬分析2組不同的試驗梁，梁的各項參數(shù)與試驗梁相同(見表1)。

3.2 結(jié)果分析

有限元分析結(jié)果見表3。

表3 有限元分析結(jié)果

有限元分析的結(jié)果表明，在其他條件一致，僅梁箍筋夾角取值不同時，各梁在達到屈服時的極限承載力差別較小，兩組梁差距均不足5%；且梁達到極限承載力而破壞時，其箍筋達到屈服，而縱筋受力較小。同時，箍筋間距越小，梁的抗剪承載力越高，說明箍筋間距仍是決定梁斜截面抗剪承載力的主導(dǎo)因素。通過對比同一試驗梁的試驗結(jié)果及有限元模擬所得的荷載-撓度曲線(見圖5)可知，有限元模擬結(jié)果與試驗結(jié)果較吻合，數(shù)據(jù)基本一致，說明有限元分析能夠較好地擬合試驗。

圖5 荷載-撓度曲線

4 結(jié)論

本文就箍筋布置方式對斜次梁抗剪性能的影響進行了研究。在試驗的基礎(chǔ)上，運用有限元分析方法進一步進行了比對驗證。結(jié)果表明：

4.1 采用不同夾角布置箍筋時，次梁斜截面的抗剪承載力差別較小，且二者開裂荷載、開裂方式、極限荷載及最終撓度值均比較接近。

4.2 箍筋布置間距是次梁斜截面抗剪承載力的主導(dǎo)因素。箍筋間距越小，梁的抗剪承載力越高。

4.3 箍筋夾角布置方式對次梁抗剪承載力影響較小，在實際工程中，可按實際需要選用不同的次梁箍筋布置方式。

參考文獻：

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