鋼次梁插入混凝土框架梁節(jié)點(diǎn)附加橫向鋼筋設(shè)計(jì)探討

（貴州永興建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，貴州 貴陽 550000）

引言

間接加載梁的抗剪強(qiáng)度比直接加載梁降低0～63.4%，降低的幅度主要隨剪跨比、間接荷載沿梁高作用的位置以及配箍率而變化[1～3]?，F(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]雖然給出了直接和間接荷載作用下梁的附加橫向鋼筋的計(jì)算公式及分布范圍，但針對鋼次梁直接插入混凝土框架梁這一特殊節(jié)點(diǎn)的附加橫向鋼筋設(shè)置研究甚少[5～6]。本文給出了鋼次梁插入式節(jié)點(diǎn)下框架梁附加橫向鋼筋的設(shè)計(jì)方法并通過模型試驗(yàn)和有限元分析驗(yàn)證了此方法的合理性。

一、鋼次梁直接插入混凝土框架梁的破壞形態(tài)與機(jī)理

本模型的鋼次梁在框架梁的高度范圍內(nèi)，并受到集中荷載作用，則鋼次梁上的集中梁荷載只能通過其受壓區(qū)混凝土以剪力形式傳給主梁在主梁上產(chǎn)生局部應(yīng)力，該局部應(yīng)力在荷載兩側(cè)（0.5～0.65）倍梁高范圍內(nèi)逐漸消失，由局部應(yīng)力產(chǎn)生的主拉應(yīng)力在主梁腹部可能引起斜裂縫[7]。

二、附加橫向鋼筋的設(shè)計(jì)方法

（一）模型M1主梁斜截面受剪配箍和受扭配筋計(jì)算

本文計(jì)算不考慮彎扭及剪扭相關(guān)性，根據(jù)GB50010-2010第9.2.5條及第9.2.9條中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行受扭配筋驗(yàn)算。

（二）模型M1主梁附加橫向鋼筋計(jì)算

本試驗(yàn)中不單獨(dú)配置附加箍筋，由受剪箍筋及附加吊筋承擔(dān)次梁傳遞的集中荷載。其中附加橫向鋼筋的布置長度為s=2h1+3b；附加橫向鋼筋采用吊筋時(shí)，鋼次梁下吊筋的水平段長度可取為b+100mm，b為鋼次梁下翼緣的實(shí)際寬度；彎起段應(yīng)延伸至主梁的上邊緣，且末端水平段長度，在受拉區(qū)不應(yīng)小于20d，在受壓區(qū)不應(yīng)小于10d，d為吊筋的直徑；吊筋與梁軸線間的夾角α，當(dāng)主梁截面高度h≤800mm時(shí)，α可取45°，當(dāng)主梁截面高度h>800mm時(shí)，α可取60°；

三、試驗(yàn)概況

試驗(yàn)基于某實(shí)際工程，采用1:2縮尺模型，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑閺臉敲娼Y(jié)構(gòu)中截取一根混凝土框架梁作為研究對象.研究鋼次梁插入式節(jié)點(diǎn)的受力特點(diǎn)、傳力機(jī)理、破壞過程、破壞形態(tài)以及框架梁的受力性能.兩端整澆混凝土柱和連系梁，通過錨栓將連系梁固定在試驗(yàn)臺座上，保證混凝土兩端為固定支座。

（一）加載裝置和量測布置

模型試驗(yàn)的加載裝置采用反力架與液壓千斤頂?shù)募虞d機(jī)構(gòu)，MX1對鋼次梁外伸端逐個(gè)采用單點(diǎn)加載，為使加載點(diǎn)盡可能靠近框架梁邊緣以減少扭矩，在鋼次梁頂面設(shè)置本次試驗(yàn)專門設(shè)計(jì)和制作的寬度為100mm的箱形截面鋼墊塊，截面尺寸為200×100×120(mm)，保證加載點(diǎn)（即鋼墊板中心線）至框架梁邊緣的距離只有50mm.單點(diǎn)加載時(shí)，千斤頂直接作用在鋼墊塊上。

（二）測試內(nèi)容

本次模型試驗(yàn)主要采用電阻應(yīng)變片量測試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膽?yīng)變，包括：框架梁節(jié)點(diǎn)區(qū)附近的箍筋和吊筋應(yīng)變；鋼次梁固定端和加載點(diǎn)處的豎向位移.試驗(yàn)過程中還將量測混凝土框架梁的裂縫開展寬度和走向.

四、試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c有限元模型計(jì)算結(jié)果

（一）模型各節(jié)點(diǎn)加載現(xiàn)象及分析

模型M1三個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號分別為D、E、F，其中D、F為鄰近框架梁左、右兩個(gè)支座的節(jié)點(diǎn).由于D、F兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的裂縫開展特征及破壞形態(tài)相似，故選取其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)D進(jìn)行說明.

節(jié)點(diǎn)D：當(dāng)加載至210kN時(shí)，框架梁剪跨內(nèi)加載點(diǎn)一側(cè)出現(xiàn)1條腹剪斜裂縫，此時(shí)框架梁加載點(diǎn)對面梁底出現(xiàn)受彎豎向裂縫，可判定210kN為MX1節(jié)點(diǎn)D的斜截面開裂荷載.當(dāng)加載至270kN時(shí)，框架梁剪跨內(nèi)新增3條斜裂縫，其中一條已延伸至支座邊緣.當(dāng)加載至300kN時(shí)，加載點(diǎn)對面框架梁剪跨內(nèi)出現(xiàn)第一條腹剪斜裂縫.當(dāng)加載至330kN時(shí)，鋼次梁上翼緣附近出現(xiàn)了2條水平裂縫，最大裂縫寬度為0.08mm.當(dāng)加載至660kN時(shí)，剪跨內(nèi)鋼次梁附近箍筋和吊筋已屈服；框架梁剪跨內(nèi)最大斜裂縫寬度達(dá)到1.7mm，超過了《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50152-2012）規(guī)定的限值1.5mm，停止加載.節(jié)點(diǎn)D的破壞形態(tài)為框架梁斜截面受剪破壞，

五、結(jié)論

（一）在框架梁高度范圍內(nèi)有鋼次梁梁集中荷載作用時(shí)，考慮鋼次梁與框架梁高度的相對位置對主梁抗剪強(qiáng)度的影響來確定附加橫向鋼筋數(shù)量更為合理。

（二）在框架梁截面高度范圍內(nèi)有集中荷載作用，應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行附加橫向鋼筋，吊筋的計(jì)算與布置。吊筋宜成對布置,附加橫向吊筋設(shè)置在主梁底縱筋位置，而不是設(shè)置在產(chǎn)生集中荷載的橫梁底。

（三）附加橫向鋼筋不足或漏設(shè)能直接引起強(qiáng)度破壞，涉及到結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性，因此其設(shè)計(jì)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行，因此無論是設(shè)計(jì)人員還是施工人員，對附加橫向鋼筋的設(shè)置應(yīng)給予高度重視。