國內(nèi)對(duì)于異形柱力學(xué)性能的研究成果綜述

羅海艷 趙 丹 司德凱

（1.宿遷學(xué)院，江蘇 宿遷 223800；2.江蘇正宏城建設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，住宅建筑的規(guī)模不斷擴(kuò)大，使用標(biāo)準(zhǔn)逐步提高。人們對(duì)住宅建筑的舒適度、環(huán)境、實(shí)用性等提出了更高的要求。傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)或框架剪力墻結(jié)構(gòu)通常采用矩形截面柱，這種外形的柱子當(dāng)寬度大于墻體厚度時(shí)，房間的柱角將凸出墻面，不但占去房間使用面積，同時(shí)給室內(nèi)裝修和家具布置帶來不便，也影響到房屋有效面積的合理利用，建筑的“得房率”低，直接影響到建筑的銷售以及開發(fā)商的經(jīng)濟(jì)效益。在房間邊角露出楞角的做法，既影響美觀又不利于使用。為了解決這一問題，工程界開始引入異形柱，異形柱是指截面幾何形狀分別為T、L、十、Z字形等的柱。國內(nèi)對(duì)于異形柱的試驗(yàn)研究比較多，天津大學(xué)、大連理工大學(xué)、華南理工大學(xué)、中國建筑科學(xué)院和西安建筑科技大學(xué)分別對(duì)異形柱做了大量研究工作。

1 異形柱正截面承載力的研究

異形柱在豎向荷載及雙向地震作用下，處于雙向壓彎受力狀態(tài)。天津大學(xué)[1]分別于1993年和1994年對(duì)6根L形、14根T形、8根十字形及6根方形截面柱進(jìn)行了雙向偏壓作用下正截面承載力的試驗(yàn)研究，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)平截面假定、混凝土和鋼筋的本構(gòu)模型、力的平衡條件，采用數(shù)值方法編制出異形截面柱正截面承載力計(jì)算程序，并用它對(duì)1024根L形、T形異形柱和288根十字形進(jìn)行系統(tǒng)的正截面承載力計(jì)算，由此提出了L形、T形、十字形截面雙向壓彎柱的計(jì)算方法。

華南理工大學(xué)[2]也對(duì)11根等肢L形截面柱進(jìn)行了雙向偏心荷載作用下的試驗(yàn)研究，初步證實(shí)了L形截面柱在雙向偏心荷載作用下，自開始加載到截面破壞的整個(gè)過程中，截面的平均應(yīng)變?nèi)匀环掀浇孛婕俣ㄒ?guī)律，并根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，提出了L形截面雙向偏心受壓柱正截面承載力的計(jì)算公式及方法。

西安建筑科技大學(xué)[3]通過對(duì)9根鋼筋砼不等肢L形截面構(gòu)件在雙向彎矩作用下的試驗(yàn)研究，揭示了鋼筋砼不等肢L形截面構(gòu)件在雙向彎矩作用下的破壞形態(tài)，驗(yàn)證了平均應(yīng)變的平截面假定，得出了鋼筋砼不等肢L形截面構(gòu)件破壞的一般規(guī)律。在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)鋼筋砼雙向偏心受壓構(gòu)件的工作機(jī)理，編制了一套不等肢L形截面正截面分析的數(shù)值迭代法計(jì)算機(jī)程序，最后提出了確定鋼筋砼不等肢L形截面構(gòu)件正截面承載能力及配筋的實(shí)用設(shè)計(jì)方法。

大連理工大學(xué)的王丹等[4]對(duì)10根L形、4根T形和4根十形截面鋼筋混凝土雙向偏壓構(gòu)件進(jìn)行了試驗(yàn)研究，在此基礎(chǔ)上，編制了異形柱極限承載力電算程序進(jìn)行理論計(jì)算，電算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合較好。同時(shí)提出了無量綱形式的承載力相關(guān)曲線，是對(duì)目前有量綱相關(guān)曲線的一個(gè)改進(jìn)，并介紹了用此曲線進(jìn)行截面設(shè)計(jì)和承載力驗(yàn)算的步驟和算例。根據(jù)曹萬林教授等的研究，軸壓比與加載角對(duì)于異形柱的承載力有較大影響，應(yīng)采用最不利荷載角方向的承載力作為控制因素，配置暗柱可以顯著提高異形柱的正截面承載力。

2 異形柱斜截面承載力的研究

天津大學(xué)[5]對(duì)11根T形、12根L形、4根矩形截面柱進(jìn)行單調(diào)荷載和低周反復(fù)荷載作用下 (21根單調(diào)荷載、6根低周反復(fù)荷載作用)的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：T形、L形截面柱的受剪承載力隨荷載作用方向而變化，但由于翼緣的作用，其抗地震作用受剪破壞的能力較矩形截面強(qiáng)。根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，提出了實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)T形、L形、十形截面柱的受剪承載力計(jì)算公式。

大連理工大學(xué)的鄒積麟[6]通過28根異形柱(11根L形柱、11根T形柱、6根十形柱)縮尺試件的破壞試驗(yàn)，對(duì)異形柱輕墻結(jié)構(gòu)中異形柱的受剪承載力進(jìn)行了研究，對(duì)試件的破壞狀態(tài)進(jìn)行了分析，而且針對(duì)異形柱構(gòu)件破壞的特點(diǎn)，以傳統(tǒng)的比擬桁架理論為基礎(chǔ)，分析了異形柱構(gòu)件的剪力傳遞機(jī)理，引進(jìn)了截面特征參數(shù)，對(duì)每種截面異形柱分別進(jìn)行討論，分析截面特征參數(shù)對(duì)其受剪承載力的影響，并以截面特征參數(shù)為變量，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法回歸出各自受剪承載力計(jì)算公式。

華南理工大學(xué)的馮建平等[7]根據(jù)L形截面柱的受剪試驗(yàn)情況，分析其破壞特點(diǎn)、剪跨比及軸壓比等因素對(duì)抗剪承載力的影響，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果回歸出受剪承載力公式，并進(jìn)一步推導(dǎo)出適合工程設(shè)計(jì)使用的受剪承載力公式。

同濟(jì)大學(xué)[8]對(duì)6根L形截面和6根Z形截面柱進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究縱筋配筋率、配箍率、軸壓比、肢長肢厚比等因素對(duì)L形和Z形柱承載力、破壞形態(tài)及能量耗散能力的影響。并對(duì)試件的破壞過程進(jìn)行描述，根據(jù)承載力結(jié)果和他人的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸，擬合出承載力計(jì)算公式。

對(duì)于異形柱的雙向受剪問題，天津大學(xué)、華南理工大學(xué)等單位進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)研究，得到如下結(jié)論：T形、L形截面柱的受剪承載力隨水平荷載作用方向而變化，其相關(guān)曲線呈外凸的梅花瓣形，這主要是由于翼緣的有利作用。因此，異形柱在斜向水平荷載作用下，即在兩個(gè)主軸方向上同時(shí)作用水平剪力Vx、Vy時(shí)，設(shè)計(jì)中分別按Vx、Vy進(jìn)行受剪承載力計(jì)算，滿足要求后，則柱的斜向受剪承載力同樣滿足?？梢?，與矩形柱相比，異形柱抵抗斜向受剪破壞的能力將更有保障。

3 結(jié)束語

目前，一些高校都進(jìn)行了鋼骨混凝土異形柱的正截面承載力、斜截面承載力的試驗(yàn)研究，并取得了一些成果。但是，對(duì)于鋼骨混凝土異形柱的研究還處于起步階段，試驗(yàn)研究相對(duì)較少，理論也不夠成熟。

［1］王丹.鋼筋混凝土框架異形柱設(shè)計(jì)理論研究[D].大連：大連理工大學(xué),2002.

［2］馮建平，等.L形和T形截面柱正截面承載力的研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào),1995,23(1)：54-61.

［3］周建中,陸春陽,蘇益聲,等.鋼筋混凝土不等肢L形異形柱承載力的理論研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào),2001,33(2)：116-120.

［4］王丹,黃承逵,劉明等.異形柱雙偏壓構(gòu)件正截面承載力試驗(yàn)及設(shè)計(jì)方法研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2001,22(5)：37-42.

［5］康谷貽,鞏長江.單調(diào)及低周反復(fù)荷載作用下異形截面框架柱的受剪性能[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),1997,18(5)：22-31.

［6］鄒積麟.鋼筋混凝土異形柱抗剪性能的試驗(yàn)研究[D].大連：大連理工大學(xué),1997.

［7］馮建平,陳謙,李志忠.混凝土L形截面柱抗剪承載力的試驗(yàn)研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào),1995,23(1)：68-75.

［8］吳建營.異形截面柱在低周反復(fù)荷載作用下的抗剪性能試驗(yàn)與理論研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué),2001.