纤维增强混凝土梁柱节点受剪承载力计算模型.pdf

第 3 6卷 第 3 期 2 0 1 4年 6月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g Vo 1 3 6 N o 3 J u n 2 0 1 4 d o i ： 1 0 1 1 8 3 5 j i s s n 1 6 7 4 4 7 6 4 2 0 1 4 0 3 0 1 6 纤维增强混凝土梁柱节点受剪承载力计算模型 王英俊 ， 梁兴文 ， 李方 圆， 王 海 ( 西安建筑科技 大学 土木工程 学院， 西安 7 1 0 0 5 5 ) 摘 要： 普通混凝土梁柱节点由于节点 区配箍率大、 钢筋拥挤 而施工不便 。纤维增强混凝土材料 ( F R C) 开裂 后具 有较 强的桥接 能 力 因而抗 拉 性 能 较好 ， 可 以替代 部 分或 全部 箍 筋。基 于前人 对钢 筋混凝 土 梁柱 节点 抗 力机制 的研 究 ， 提 出 了节 点核 心 区采 用 F R C材 料 节点 的计 算 模 型 ， 即斜 压 杆 机制和软化桁架机制承担的水平剪力按一定比例组合的计算模型。将该计算模型节点受剪承载力 计 算值 与试 验 值进 行 比较 ， 结果 表 明 ： 对低 轴压 比的试 件 ， 稍 有 保 守 ， 对 高轴 压 比 的试 件 ， 二 者 吻合 较好。基于该计算模 型的节点受剪承载力计算方法既可以进行节点核心区受剪承载力计算， 还 可 以分 别验 算 节点核 心 区 F R C抗压 强度 和 水平 配箍 率是 否满足 设 计要 求 ， 具 有较好 的 实用性 。 关 键 词 ： 梁柱 节点 ； 纤 维增 强混 凝土 ； 斜压 杆机 制 ； 软化 桁 架机制 中图分 类 号 ： TU3 7 5 4 文献 标 志码 ： A 文章 编号 ： 1 6 7 4 4 7 6 4 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 9 9 0 7 An a l y s i s o f Fi b e r Re n f o r c e d Co n c r e t e Be a m Co l u mn J o i n t s M o d e l Wa n g Y i n g j u n，L i a n g Xi n g we n，L i F a n g y u a n，Wa n g H a i ( S c h o o l o f Ci v i l En g i me r i n g，Xi a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e& Te c h n o l o g y ，Xi a n 7 1 0 0 5 5 ，PRCh i n a ) Ab s t r a c t ：Du e t o t h e l a r g e s t i r r u p r a t i o a n d r e i n f o r c e me n t c o n g e s t i n b e a m c o l u mn j o i n t s ，t h e o r d i n a r y r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m c o l u mn j o i n t s t a k e i n c o n v e n i e n c e t o c o n s t r u c t i o n Cr a c k e d f i b e r r e n f o r c e d c o n c r e t e ( FRC) ha s s t r o n g b r i dg e a b i l i t y a nd be t t e r t e ns i l e p e r f o r ma nc e S O t h a t i t c a n r e p l a c e pa r t o r a l l of t h e s t i r r u ps Ba s e d on p r e v i ou s r e s e a r c h e s o n r e s i s t a nc e m e c h a ni s m o f r e i n f o r c e d c o nc r e t e i o i n t s，a n e w m o d e l us i ng FRC ma t e r i a l s i n t he c o r e z on e of b e a m c o l um n i oi nt s i S p r e s e nt e d I t i S a ki n d o f mod e l i n whi c h h or i z o nt a l s he a r s upp o r t e d by t he di a go na l s t r ut me c ha n i s m a n d s o f t e ni n g t r us s m e c h a ni s m wi t h a c e r t a i n p e r c e n t a g e Th e c a l c u l a t i o n r e s u l t s o f t h e mo d e l i s c o mp a r e d wi t h t h e e x i s t i n g t e s t r e s u l t s I t i s a b i t c o ns e r v a t i ve t o s p e c i m e ns wi t h l o w a x i a l l o a d r a t i o H o we v e r ，t he r e s ul t s a r e i n l i ne wi t h t h e s p e c i me ns wi t h h i g h a x i a l l o a d r a t i o Th e r e f o r e ，t h e r e s u l t s t o t a l l y d e mo n s t r a t e t h e r a t i o n a l i t y o f t h e p r o p o s e d mo d e l i n t h i s p a p e r Me a n wh i l e ，a c c o r d i n g t o t h e p r o p o s e d mo d e l ，t h e s h e a r c a p a c i t y o f b e a m c o l u mn j o i n t s c a n b e n o t o n l y c a l c u l a t e d，i t a l s o c h e c k wh e t h e r FRC c o mp r e s s i v e s t r e n g t h i n c o r e z o n e o f j o i n t s a n d h o r i z o n t a l s t i r r up r a t i o m e e t s d e s i gn r e q ui r e m e n t s，whi c h h a s a hi g he r pr a c t i c a bi l i t y Ke y wo r d s ： b e a m c o l u mn j o i n t s ；h i g h p e r f o r ma n c e f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e( FRC) ；t h e d i a g o n a l s t r u t m e c ha n i s m ；t h e s o f t e ni n g t r u s s me c ha n i s m 在框架及框架 剪力墙结构 中， 梁柱节点是保证 结构整体稳定性和承载1 1 1 1 的重要部位 ， 其破坏类 型影 响整栋建筑物 的抗震 性能， 一般设计 为“ 强节 点 ， 弱构件” 使其满足抗震要求。梁柱节点应变分布 不符合贝努利平 面应变分布假 定， 内部应力分布复 杂且 出现应 力集 中现 象 ， 许 多学 者对 此进 行 了研 究 ， 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 3 0 7 基金 项 目： 国家 自然科学 基金 ( 8 1 2 7 8 4 0 2 、 5 1 0 7 8 3 0 5 ) ， 长江学者 和创新 团队发 展计 划( P C S I R T) 作者 简介 ： 王英俊 ( 1 9 8 3 一 ) ， 女 ， 博 士生 ， 主要从事超 限复杂 高层 建筑结构 研究 ， ( E ma i l ) y i n g z i k d 1 2 6 c o rn； 梁兴文 ( 通信作者) ， 男 ， 教授 ， 博士生导 师 ， ( E ma i l ) l i a n g x i n g w e n 2 0 0 0 1 6 3 c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 O O 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 6 卷 如美国和 日本采用混凝土斜压杆机制预测节点的剪 切强 度 ； 新 西兰 采 用 斜压 杆 机 制 和 桁 架 机 制 进行 预 测 ； C h o i 和 L e e l 1 在新 西兰 规范 的基 础 上 ， 考虑 了混 凝土 的软 化效 应 对 节点 进 行 分 析 ； 中 国学 者 采 用 软 化拉一 压 杆 模 型 对 节 点 受 剪 承 载 力 进 行 了一 些 研 究 。 采用普通混凝土仍然克服不了节点核心区配箍 率 大的缺 点 ， 一 些 学 者 寻 找 可 替代 的材 料 解 决 此 问 题 。纤维增强 昆 凝土材料( F R C) I 胡克服了普通混凝 土材料在拉伸荷载下的软化性能 ， 呈现 出类似于金 属 材料 的准应 变 硬 化 特 征 ， 具 有优 良的韧 性 和高 能 量吸收能力 ， 已经应用在桥面修补、 堤坝加 固、 结构 潜 在 的塑性 铰 区( 连梁端 部 和剪力 墙底 部 等 ) 和受 弯 构件的受拉区， 均取得 良好 的效果 。试验研究 5 。 表 明： F R C用在节点区 ， 可 以部分取代 或完全取代箍 筋 的抗 剪作 用 ， 减 少箍 筋 的拥挤 现象 ， 对 节点 的延性 和耗能能力都有极大 的提高， 且具有 良好 的社会经 济效益 。基 于 F RC优 良的性 能 ， 本 文提 出 了一 种在 节点核心区及梁 、 柱端部采用 F R C材料新型节点的 节点受剪承载力计算模型 ， 即将斜压杆机制和软化 桁架机制对节点受剪承载力的贡献按一定 比例进行 组合 的计算 模 型 。 1 梁柱节点核心 区受力分析 在地震作用下 ， 梁柱节 点核心 区周 围受到来 自 梁端、 柱端弯矩 、 剪力和轴力 的共 同作用 ， 受力状态 如 图 1所示 。在 此 受 力状 态 下 ， 节 点 核 心 区一 个 对 角线方向受拉 ， 另一个对角线方向受压 ， 形成一个斜 压杆受力机制， 如 图 2所示 。当作用外力较小时， 节 点及梁 、 柱端部均处于弹性阶段 ， 钢筋基本上未受力 或受力 较 小 ， 外 部传来 的荷 载基 本 上 由 F RC组 成 的 斜压 杆机 制承 担 ； 随 着 外 力 逐渐 增 大 ， 由梁柱 纵筋 、 箍筋及 节 点剪力 形成 的软 化桁 架机 制 开始 承担 一 部 分外力 作 用 ， 由于梁 纵筋 的屈 服渗 透 和粘 结退 化 ， 二 者分 担 的 剪 力 可 能 会 随 荷 载 增 大 而 发 生 一 些 变 化 ， 当其 中一部分抗力不能满足要求时 ， 节点将发 生破 坏 。 2 梁柱节点抗剪机制分析 根 据 圣 维 南 原 理 ， 梁 柱 节 点 区应 属 于 D 区 ( 应变 分布 不 符合 线 性 分 布 的 区域 ) ， 此 区 域应 力传 力机制十分复杂 ， 一般简化为斜压杆机制、 软化桁架 机制及 2 种机制 的综合 3种形式。笔者采用 2种机 制的综合形式 ， 将 2种机制按 照一定 的比例进行组 合建立计算模型。 图 1节点受到的外 力 I - l 节点 如 图 2 节 点区受力分 析 2 1 基 本假 定 由于节 点核 心 区受 力复 杂 ， 为 了便 于分 析 ， 需做 如下假 定 ： 1 ) 与节 点相 邻 的梁或柱 对节 点 核心 区产 生 压 力 的合力 由 F RC斜 压 杆 机 制 承担 。斜 压 杆 机 制 是 利 用节点 核 心 区对 角 线 上 F R C形 成 的 斜 压杆 来 抵抗 外部压力而形成的机制 ， 根据轴压 比及外荷载的不 同 ， 斜 压杆 受 压 区范 围 的大 小 也 不 同 。经 过 对 节 点 核心区混凝土斜压杆机制的研究| 0 ， 节点 内斜压杆 机制存在 主压杆、 次压杆 、 竖 向压 杆和水平 压杆机 制 ， 如 图 3所 示 。主 压 杆 机 制在 整个 受 力 机 制 中 占 绝大部分， 其他机制所 占份量较少 ， 可以忽略不计 ， 因此 ， 对 斜压 杆机 制进行 简 化 ， 简 化后 的受力 机 制如 图 4所示 。 2 ) 通 过 节 点 区 的梁 、 柱 纵 筋 的 拉 力 、 压 力 、 F R C 拉力以及节点剪力均 由软化桁架 机制承担 ， 节点剪 力的其余部分由水平箍筋和 F RC拉力承担 ， 只承受 剪应 力 ， 不 承受 正 应力 ， 如 图 5所 示 。 由于 P VA 纤 维具有较强的桥接能力， F R C开裂后仍 能承受一定 的荷 载 ， 裂 缝 开裂模 式 为多重 裂纹 的稳 态 开裂 ， 且 拉 伸时出现准应变硬化现象 ， 在结构 中具有一定 的抗 拉 能力l_ 4 ， 当其 达 到 极 限 拉 应 变 时 ， F R C 拉 杆 退 出 工 作 。在进行 各 杆件 变形 分 析 时 ， 可 将结 点视 为 一 个 理想 铰 ， 忽略其 尺寸 效应 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 期 王英俊 ， 等 ： 纤维增强混凝土梁柱节点受剪承载力计算模型 1 O 1 图 3简化前斜压杆模 型 图 4简化后斜压杆模 型 3 ) 节 点核 心 区 的压 力 由斜 压 杆 内 的 F RC压 力 和桁架机制 内 F RC的压 力组成 ， 考 虑轴压 比的影 响， 二者按一定 的比例组合 ， 使其 只承受压力 ， 不承 受 剪 力 。 4 ) 假定钢筋与 F R C粘结 良好 ， 忽略纵筋的销栓 作用。节点 内斜 向压力 由桁架机制和斜压杆机制共 同承 担 ， 假 设 F R C与钢 筋之 问有 良好 的协 调变 形 能 力 ， 故 不考 虑 钢 筋 与 F RC之 间 的 相 对 滑 移 和 F R C 收缩、 徐变的影响 ； 假定作月 _j 在软化桁架机制和斜压 杆机制截面上的拉应力和压应力为均匀分布。 5 ) 在桁 架机 制 中 ， F RC主压 应 力 方 向与 斜 裂缝 的方 向是一 致 的 ， 且 方 向角 不变 。 2 2基本 方 程的建 立 1 ) 斜压 杆 机 制 承 担 的水 平 剪 力 V 按 式 ( 1 ) 计 算 。 V h一 口 d ( 6 a ) C OS ( 1 ) 式中： ff d 为斜压杆内 F R C的主压应力； a为斜压杆与 水平轴的角度， 取为aa r c t a n ( a )， h 、 h 分别为 梁截面和柱截面高度； 为节点水平截面 的有效宽 度 ， 按 规 范口 。 。 取 值 ； a 为 斜 压 杆 的宽 度 ， 取 为 n 一 n +a ； a 为梁截面的受压区高度， 由于达到极限 荷载时， 梁截面受压区高度 因中和轴的上移而不断减 小 ， 为了计算简便 ， 取为 h 5 为柱截面受压区 B ，一 一f ( b) ( c) 图 5梁柱 节点 软化桁 架模型应 力 高度 ， 按式( 2 ) 取值 】 。 a 一 ( 0 2 5+ 0 8 5 n) h ( 2 ) r 式中： 为柱的轴压比， 一 ； -厂 为F R C的 抗压 n c 强 度 ； A 为柱 截 面 的总面积 。 为了安全起见 ， 本文将斜压杆宽度 a 偏保守地 取 柱截 面受 压 区高度 a 。 2 ) 桁架机制承担的水平剪力 V 隔离体 A B DE 的应力分布如图 5 ( b ) 所示， 由平 衡 条件 得 s i n d+ + f 一 0 ( 3 ) t s i n C O S + z 一 0 ( 4 ) 隔离体 A B c的应力分布如图 5 ( c ) 所示 ， 由平 衡条件得 t C O S a+ 口 + p f 一 0 ( 5 ) t C O S s i n a+ r = = =0 ( 6 ) 式中： 为桁架机制在节点核心区斜压杆 中产生的 压应力 ； 、 分别为节点核心区 t 方向和z 方向的 F R C拉 应力 ， MP a ； 为 作用 于节点 的剪 应力 ； 、 分别 为节 点核 心 区 方 向和 z 方 向的 钢筋 面积 配筋 率 ； f 、 _厂 f 分别为节点核心区 t 方向和 z 方 向的钢筋 抗拉强度 。 由式 ( 3 ) ( 6 ) 可得 一 f 卜r t a n 口 P f一 一 ( 7 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 O 2 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 6卷 D， 一 二 坠 ( 8 ) 一 一 6 l r 一 一 t C OS 口s i na ( 9 ) 由式 ( 7 ) 、 ( 8 ) 可分别求得 t 、 z 方 向钢筋的面积配 筋率 。 根据式( 9 ) ， 并对剪应力 取绝对值， 可得 由桁 架 机制 承担 的水平 剪力 ， 即 h l J ( b i h )一 ( b i h ) c o s a s i n a ( 1 0 ) 节 点核 心区 的强度 条件 为 口 一 d d 十 d u f ( 1 1 ) 式中： 口 为节点核心 区 F RC总压应力， MP a ； U 为考 虑节点核心区在拉 、 压应力状态下 F R C受压强度的 降低 系数 ， 文献 对 梁柱边节点取 为 0 9 ， 文献 “ 取混凝土的软化系数为 0 6 ( 1 一f 。 2 5 0 )， 笔者建议 采 用 Ni e l s e n提 出的 系数 1 ， 即 u 一0 8 O 一 蒜 1 2 ) 式 中 厂 为混凝土圆柱体抗压强度， MP a 。 对于C 3 O C 8 O 级混凝土， 由于 一0 8 1 8 f ， ， 厂 ， 一0 8 5 ， ， ， 一0 7 6 ， ， 则 一0 8 6 -_厂 c， ， 其中， 。 ， 为混凝土圆柱体抗压强度平均值， _厂 c ， 为 混凝土立方体抗压强度平均值， _厂 c m为混凝土轴心抗 压强度平均值 ， 则式( 1 2 ) 应改为 f u一 0 8 O一 ( 1 3 ) 当预 测 节 点 受 剪 承 载 力 并 与试 验 值 进 行 比较 时 ， 应按式( 1 3 ) 确定 u 。 当进行节点受剪承载力设计 时 ， 应采用混凝土轴 t2 , 抗压强度设计值 ， 式 ( 1 3 ) 应 改为 ， u o 80一 ( 1 4) 上 0 0 3 ) 梁柱节点内水平剪力 V 的分配 节点核心区的水平剪力 由斜压杆机制与桁架机 制 各 自承担 的剪 力组 成 ， 即 V h V h - t-V。 h ( 1 5 ) 关于 斜压杆 机 制 与 桁 架 机 制 所 分 担 的剪 力 ， 文 献E 8 3 认为， 在梁端屈服后 ， 由于梁纵筋 的屈服渗透 和粘结退化 ， 节点中桁架机制的抗剪作用逐步衰减 ， 斜压 杆 机 制 的抗 剪 作 用 逐 步 增 强。No g u c h i和 Ka s i wa z a k i m 基于试验研究评估 了混凝土斜压杆机 制对梁柱节点剪切承载力的贡献 ， 认 为斜压杆机制 的抗压 区域 随 轴压 比 的增 大 而 增 加 。 因此 ， 梁 柱 节 点的斜压杆模型和桁架模型各 自承担剪力的比例关 系 ， 可采用式( 1 6 ) 、 ( 1 7 ) 计算 ： 1一 V e h 一 0 3 ( 1+ 3 5 n ) ( 1 6 ) V j h 2一 V s h 一 0 3 5 ( 2 3 n ) ( 1 7 ) V j h 式 中： 为斜压杆机制承担的水平剪力在总剪力 中 所 占的 比例 ； z 为桁 架机 制 承担 的 水平 剪 力 在 总剪 力 中所 占的 比例 。 由式 ( 1 ) 、 ( 1 O ) 、 ( 1 1 ) 和 式 ( 1 4 ) ( 1 6 ) ， 可 求 出节 点 的水 平受 剪承 载力 为 1 ， 一 uf ( b j h a ) C O S O L s i na 一 二 F ( 1 8) 4 ) 梁柱节点区的水平剪力 在 梁柱 节点 及其 梁 柱端 塑性 铰 区 均 采用 F RC， 因此节 点周 围应 考 虑 F R C 的拉 应 力 。在框 架 结构 侧 移 比较 大时 ， 框 架 梁端 邻 近 节 点 核 心 处会 形成 塑 性铰 。节 点将承 受两 侧塑 性铰 区梁 受拉 钢筋 达 到 屈 服并超 强及 F R C拉应 力所 产生 的剪 力 ， 则此 时 节 点 核心区的水平剪力 ， l 1 为 一 a( 卜簪- ) ( 1 9 凡 b0 一 s c 一 b 式中： Ml和 M 分别为节点核心区左 、 右梁端处 的 弯矩 ； H 为柱上 、 下反弯点间的距离 ； h 、 h 分别为 梁 截面 高度 和有效 高度 ； a 为梁 截 面受压 区纵 向钢 筋合力点至截面受压边缘的距离。 3 计算步骤 按下述步骤计算其受剪承载力 ： 1 ) 按 式 ( 1 9 ) 计 算 节 点 需 要 承 担 的 水 平 剪 力 _ h。 2 ) 在式( 1 8 ) 中， 令 V j 一V ， 11 ， 可求出节点核心 区所需要的 F R C抗压强度 _ 厂 c 最小值 ， 即 uf c一 0 3 5 ( 2 3 n ) a + 0 3 ( 1 + 3 5 n ) h 。 s i nd ， ， 一叫 ( 2 0) 式( 2 0 ) 中的 u 应按式( 1 4 ) 计算 。 3 ) 由式( 8 ) 计算节点核心区所 需要 的水平箍筋 配筋率 ， 桁架机制只承担剪应力 ， 不承担正应力。式 ( 8 ) 中 ， a a r c t fl n ( 矗 b h ) ， r 一 V h b h ， 一 ， 一 f ， = ： ： l0 ， 则由式( 8 ) 可得节点核心区所需 要 的水平箍筋配筋率 10 。 为 一 a t I ( 2 1 ) p v 】 亨 i yv 式中： _厂 v 为水平箍筋的抗拉强度 ； 为 F R C抗拉强 度 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 期 王英俊 ， 等： 纤维增强混凝土梁柱节点受剪承载力计算模型 1 O 3 4 试验验 证 文献E 1 7 E 1 9 分别给出了 2 、 4和 7组共 1 3个试 验数 据， 试 件 设 计 符 合 混 凝 土结 构 设 计 规 范 ( G B 5 0 0 1 1 -2 0 0 2 ) 和 建筑抗 震设 计规范 ( G B 5 O 0 1 1 2 0 0 1 ) 的相关要求 。文献 】 7 和E 1 8 的梁截 面尺寸 均 为 1 5 0 mr f l 3 0 0 mm， 采用 4根 直径 为 2 0 mm 的 HR B 3 3 5钢筋 ， 配筋 率 为 2 8 ； 柱截 面 尺寸 均 为 2 5 0 1 T i m 2 0 0 mm， 采 用 6根 直 径 为 1 6 mm 的 HR B 3 3 5钢筋 ， 配筋率为 2 4 1 ； 试件 HJ基体材料 的轴心抗压强度和抗拉强度见表 1 。文献 1 9 的梁 截 面尺 寸 均 为 J 5 0 mm3 0 0 mm， 采用 6根 直 径为 1 8 mm 的 HR B 4 0 0钢 筋 ， 配筋 率为 3 4 ； 柱截 面尺 寸 均为 2 5 0 1T i m2 5 0 I T l m， 采 用 4根 直 径为 1 8 I T l m 的 HR B 4 0 0钢筋 ， 配筋率为 1 6 ； 纤维均采用 日本 生产的聚乙烯醇 ( P VA) 纤维 ， 体积掺人率为 2 ， 基 体材料的抗压强度和抗拉强度见表 1 。 1 3个试件节点区均发生剪切破坏 ， 其 中， n为 节点核心区受剪承载力试验值 ， 为按本文方法所 得的节点受剪承载力计算值 ， 为按规范 1 O 计算 的节 点受剪 承载力 。现对表 1的数 据分析 如下 。 1 ) 在基 体材 料 强 度 和 轴 压 比相 同 的情 况 下 ， 仅 改 变箍 筋 间距 ， 可见 ： 对文献 1 8 的 4个 斌件 ， 当节点 核心区箍筋 间 距 由 1 5 0 mm ( 试 件 u j l ， 面 积 配 箍 率 一 0 2 6 8 ) 减 小 到 7 5 mm( 试 件 UJ 3 ， J0 。 一 0 5 3 7 ) 时 ， 配 箍 率增 加 1 0 0 ， 最 大 承 载 力 仅 增 加 2 6 4 ， 延性系数增加 1 2 ； 而由 7 5 ram( 试件 UJ 3 ) 减小到 5 0 ram( 试件 UJ 4 ， 一 o 8 0 5 ) 时 ， 配箍率增加 5 0 ， 最大 承 载 力 仅 增 加 3 2 5 ， 延 性 系 数 反 而 减 小 2 8 5 。 对文献 1 9 7 的 7个试件 ， 节点核心区箍筋间距 由 1 5 0 mm( 试件 F R C J 4 ， 面积配箍率 一 0 1 5 2 ) 减小 到 1 0 0 mm( 试件 F R C J 6 ， 一 0 2 2 8 ) 时 ， 配箍 率增加 5 O ， 最大 承载力减小 6 8 5 ， 延性 系数 不 变 ； 而 由 1 0 0 mm( 试 件 F R C J 6 ) 减 小 到 6 O mm( 试 件 F R C J 7 ， 一 0 3 8 0 ) 时 ， 配箍 率 增加 6 7 ， 最大 承 载力增加 3 1 4 ， 延性 系数 反而减小 0 2 8 。 这表明， 对 于 F RC节 点， 配箍率的提高对提高 节点最大剪切承载力及节点延性的作用相对较小。 2 ) 在基体 材 料抗 压 强 度 相 同 的条 件 下 ， 轴 压 比 在 0 2 6以下和 0 4 5时 ， i h 的误差分别为 6 和 1 l 。 3 ) 在 基体 材 料抗 压 强 度 和 箍 筋 间距 相 同 ， 轴压 比不 同条件下， 箍筋间距为 1 0 0 ml T l 时 ， VI h 的 误差为 1 3 ； 箍筋间距为 1 5 0 mm时 ， h 的误 差 为 6 。 4 ) 比较表 1中的 1 3个试 验数据 可知 ： 的 总误差为 7 ， 二者 吻合较好 。 的总误差 为 1 9 ， 由于规范建议 的节点受剪承载力计算公式是试 验结果的下包线 ， 因而计算值偏小是必然的结果。 表 1 节点受剪承载 力试验值 与计算值 的比较 注 ： 1 为试验轴压 比； 2 F RC材料轴心抗压强度 一 0 7 6 f c ， f 一 f ， 0 +5 7 Vf ； 3 HTC C J 、 uHT C C J分别 简写为 HJ 、 UJ ； 4 HJ 一 3 5 1 1 7中 3 5 表示试验轴压 比为 0 3 5 ， 1 1 7表示节点核心 区箍筋体积配箍率为 1 1 7 ； 5 d h 为纵筋直径与柱截 面高度 的比值 ； 为节 点延性 系数 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 6 卷 5 设计 实例及分析 某教学实验楼设 防烈度 9度 ， 设计地震 为第 1 组 ， I 类 场地 ， 为现 浇钢 筋 混 凝 土框 架结 构 ， 层 高 3 6 1T I ， 底层 梁柱 中节点 的轴 压 比设 计值 为 0 2 6 ， 柱 截面尺寸 5 0 0 mr n X 6 0 0 mi l l ， 大梁跨度为 6 0 m， 截 面尺 寸为 2 5 0 mr r l 6 5 0 t r i m， 走 道梁 跨度 为 3 0 I 1 1 ， 截面尺 寸 为 2 5 0 iT i m5 0 0 mm， 梁 、 柱 纵 筋 均 采 用 HRB 4 0 0级钢筋， 节点 内的水平箍筋采用 HRB 3 3 5 级钢筋 ， 节点左 、 右梁端配筋相 同， 梁上部纵筋为 2 根直径 2 5 mm和 2 根直径 2 0 mi l l 钢筋 ， 下部纵筋为 4 根 直径 2 0 r n lT l 。柱截 面纵筋 为 1 2根直 径 2 8 r n r l l 。 荷载传至底层梁柱 节点时 ， 经组合 中柱左侧 和右侧 梁端弯矩分别为 3 4 6 7 k N n l和 2 1 0 3 k N m， 梁 柱节点及其周围塑性铰区均采用 F R C浇筑 ， 强度等 级为 C 3 5 ， 抗拉 强度 为 4 MP a ， 要 求进 行节 点设计 。 查规 范_ 1 o 得 ： HR B 4 0 0钢 筋 ， f y一 3 6 0 MP a ； HR B 3 3 5级 钢筋 ， S 一3 0 0 MP a ， 一 。 由式 ( 1 9 ) 得 V j h一 1 5 。 E 一 。5 c 一 三 鲁 ， 一 3 0 1 1 3 k N 0 一 a H 一 由式 ( 2 O ) 得 一 1 0 9 56 由式 ( 2 O ) 和 式 ( 1 4 ) 得 ( 0 8 0f 1 3 3 ) f 一 I O 9 8 由上式 可得 f o一1 6 1 4 MP a ， 可采 用 C 3 5混凝 土浇筑 。 由式 ( 2 1 ) 得 一 一 2 o U P 州 一 j 一一 即节 点 区的水 平箍筋 配 置为 韬 1 0 0 。 按规 范 计 算 ： F R C抗 压 强 度 为 9 6 MP a ， 节 点 配箍率为一0 3 3 ， 均小于按本文方法计算所需 的 值 。 6 结 论 本 文提 出了梁 柱 节 点受 剪 承 载 力 计 算 模 型 ， 经 过 试验 数据 的验 证 ， 得 出以下 主要结论 ： 1 ) 对梁柱节点核心 区采用 F RC代替普通? 昆 凝 土， 考虑轴压比的影响 ， 将斜压杆模型和软化桁架模 型按一定的比例组合 ， 对计算模型进行简化， 斜压杆 模型承担节点核心区的斜 向压力 ， 桁架模型承担节 点 中的斜 向拉力 。 2 ) 基 于 F R C抗 压 强 度 对 核 心 区受 剪 承 载 力 的 影响 ， 经过计算结果与试验结果的对 比分析 ， 对低轴 压比的试件 ， 计算结果稍有保守 ， 但对高轴压 比的试 件， 基本一致， 验证了此计算模型的合理性 。 3 ) 由箍 筋 和 F R C拉 力 组 成 的 桁架 模 型 承担 节 点中产生的剪应力 ， 当考虑 F R C的抗拉作用时 ， 可 以部分或全部替代箍筋 ， 给施工带来方便。 参考 文献 ： 1 C h o i H Y，L e e J Y S t r e n g t h e v a l u a t i o n o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m- c o l u mn j o i n t s C O L T h e 1 5 t h Wo r l d Con f e r e n c e on Ea r t hq u a k e En g i n e e r i ng，Li s b o n，Po r t ug a l ， S e p t e mb e r 2 4 2 8 ， 2 0 1 2 2 0 1 4 0 3 2 o J h t t p ： w w w i i t k a c i n n i c e e a r t i c l e WWE E2 0 1 2 1 21 9 pd f 2 邢 国华 ， 刘柏权 ， 吴涛 基 于软化拉一 压杆 模型 的钢筋混 凝土框架 节 点 受剪 分 析 E J 建 筑 结 构 学 报 ， 2 0 1 1 ， 3 2 ( 5 )：1 2 5 - 1 3 4 Xi n g G H， Li u B Q， Wu T S h e a r a n a l y s i s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e f r a me j o i n t s b a s e d o n s o f t e n e d s t r u t a n d t i e r o d mo d e l E J J o u r n a l o f B u i l d i n g S t r u c t u r e s ， 2O1 1，3 2( 5)：1 2 5 1 34 3 韩 风霞 ， 王志军 ， 宋孟超 ， 等 钢 筋混凝 土梁柱节 点核 心 区拉一 压杆模型化方法研究 J 土木 建筑与 环境工程 ， 2 01 0， 32 (1 )：6卜6 5 Ha n FX， Wa n g Z J ，S o n gM C，e t a 1 S t r u t a n dt i emo d e l m e t h o d o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m c o l u mn j o i n t c o r e fi J J o u r n a l o f C i v i l Ar c h i t e c t u r a l & E n v i r o n me n t a l E n g i n e e r i n g，2 0 1 0，3 2 ( 1 )： 6 1 6 5 4 李艳 高 性能纤维 增强水 泥基 复合材 料的力 学性能 研究 D 西安 ： 西安建筑科技大学 ， 2 0 1 1 5 S h a k y a K， Ma t s u mo t o K， N i w a J E x p e r i me n t a l i nv e s t i g a t i o n on t he e f f e c t s o f s t e e l f i b e r s t o r e du c e s t e e l r e b a r i n b e a m- c o l u mn j o i n t s o f r a i l w a y b r i d g e s i, C O L Th e 1 5 t h W o r l d Co n f e r e n c e o n Ea r t h q u a k e E n g i n e e r i n g ， L i s b o n ，P o r t u g a l ， S e p t e m b e r 2 4 2 8 ，2 0 1 2 i- 2 0 1 4 0 3 2 0 3 h t t p ： f f w ww i i t k a c i n n i c e e w c e e a r t i c l e WC E E 2 0 1 2 0 2 6 2 p df 6T a k a t s u H，Ki mu r a HE x p e r i me n t a l s t u d y o n b e a m c o l u mn j o i n t u s i n g s t e e l f i b e