鄭愛(ài)武 權(quán)百良

1西安工業(yè)大學(xué) 陜西西安 710021；2建筑工程學(xué)院 陜西西安 710021

摘要：短連梁也稱為小跨高比連梁，目前在進(jìn)行小跨高比剪力墻連梁的抗震設(shè)計(jì)中，為防止連梁過(guò)早發(fā)生剪切破壞，通常在梁內(nèi)配置交叉斜向鋼筋，使其延性能力能夠達(dá)到地震作用時(shí)剪力墻對(duì)連梁的延性需求。本文介紹了連梁內(nèi)斜筋的3種不同布置形式，研究了試驗(yàn)?zāi)M短連梁地震作用下的基本原理和力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：交叉斜向鋼筋；短連梁；地震作用

前言

隨著我國(guó)高層建筑的增多，為了更加有效地提高其抵抗地震的能力，保證結(jié)構(gòu)的使用安全，短連梁出現(xiàn)在建筑剪力墻抗震設(shè)防的重要部位，是地震作用下的第一道防線。在傳統(tǒng)的短連梁配筋方案中，主要為單純布置橫向水平箍筋，但汶川地震后建筑損毀情況分析發(fā)現(xiàn)承載剪切沖擊力的短連梁在未達(dá)到延性破壞之前先出現(xiàn)沿梁四角向中心的脆性剪切破壞，使建筑物過(guò)早失去結(jié)構(gòu)功能而發(fā)生倒塌；近年，國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)在短連梁受力比較復(fù)雜，不同于一般的受彎構(gòu)件，在其內(nèi)配置交叉斜向鋼筋能有效承擔(dān)剪力。本文主要研究了在小跨高比梁內(nèi)通過(guò)布置3種不同形式的交叉斜向鋼筋，通過(guò)分析對(duì)比來(lái)研究其力學(xué)性能及耗能能力。

1 短連梁構(gòu)造

1.1 交叉斜向鋼筋布置形式

1.1.1 交叉斜向鋼筋配置方式一

對(duì)角暗撐配筋，沿連梁對(duì)角線斜向放置鋼筋，形成兩組相互交叉的鋼筋，每組鋼筋均采用矩形箍筋或螺旋箍筋綁成一體（圖1）。這種構(gòu)造方式的配筋基本要求是：（1）剪力墻連梁截面寬度不宜小于400mm。（2）全部剪力應(yīng)由交叉斜向鋼筋承擔(dān)，每組沿連梁對(duì)角線放置的鋼筋應(yīng)至少由4根鋼筋組成，鋼筋直徑不應(yīng)小于14mm。（3）沿連梁對(duì)角線放置的每組鋼筋應(yīng)設(shè)置箍筋，兩組鋼筋交叉點(diǎn)處箍筋應(yīng)對(duì)全部交叉鋼筋約束并宜適當(dāng)加密間距。箍筋外皮尺寸，在平行于梁寬度bw方向應(yīng)不小于bw/2，在平行于梁高方向不應(yīng)小于bw/5于100mm中較大值。（4）連梁全截面僅需沿周邊配置普通箍筋。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，沿連梁周邊配置的普通箍筋和腰筋，在其各個(gè)方向的全部面積不應(yīng)小于0.002bws（bw為連梁腹板寬度，s為箍筋間距或腰筋間距）。

圖1.對(duì)角暗撐配筋

1.1.2交叉斜向鋼筋配置方式二

集中對(duì)角斜筋配筋：沿連梁對(duì)角線斜向放置鋼筋，形成兩組相互交叉的鋼筋，每組鋼筋均未設(shè)置矩形箍筋或螺旋箍筋（圖2）。其配筋符合下列幾個(gè)要求：（1）剪力墻連梁截面寬度不宜小于350mm。（2）全部剪力墻應(yīng)由交叉斜向鋼筋承擔(dān)，每組沿連梁對(duì)角線放置的鋼筋應(yīng)至少由4根鋼筋組成，鋼筋直徑不應(yīng)小于14mm。

（3）連梁全截面箍筋（拉筋）的直徑、肢距和間距不應(yīng)低于現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于連梁箍筋配置要求。連梁兩側(cè)腰筋的面積不應(yīng)小于0.002bws，腰筋間距不應(yīng)大于200mm。

圖2.集中對(duì)角斜筋配筋

1.1.3交叉斜向鋼筋配置方式三

連梁頂部和底部縱向鋼筋在連梁跨度中點(diǎn)兩側(cè)分別交叉彎折并在跨中鋼筋交錯(cuò)排列呈菱形狀（圖3），如圖：

圖3.交叉斜筋配筋

（1）剪力墻連梁截面寬度，在連梁橫截面兩側(cè)設(shè)置彎折鋼筋時(shí)，不宜小于300mm。（2）彎折鋼筋直徑不應(yīng)小于12mm。（3）連梁全截面箍筋（拉筋）的肢距和間距不應(yīng)低于現(xiàn)行規(guī)范關(guān)于連梁箍筋配置的構(gòu)造要求，箍筋（拉筋）直徑宜比構(gòu)造要求的最小直徑適當(dāng)加大，連梁兩側(cè)腰筋的面積不應(yīng)小于0.002bws，腰筋間距不應(yīng)大于200mm。

1.2 連梁截面剪力設(shè)計(jì)值

小跨高比連梁，其截面剪力設(shè)計(jì)值可分為永久、短暫設(shè)計(jì)狀況和地震設(shè)計(jì)狀況兩種。集中對(duì)角斜筋配筋連梁，交叉斜筋配筋連梁、對(duì)角暗撐配筋連梁三種配置鋼筋形式不同的短連梁在地震設(shè)計(jì)狀況下其截面剪力設(shè)計(jì)值確定原則相同。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定，地震設(shè)計(jì)狀況下總結(jié)出跨高比不大于2.5的連梁相關(guān)剪力設(shè)計(jì)值參考公式，如下：

1.3 連梁的斜截面受剪承載力

小跨高比連梁的斜截面受剪承載力地震設(shè)計(jì)狀況下相關(guān)計(jì)算參考公式如下：

2.短連梁分析

2.1 分析方法

現(xiàn)行的對(duì)于鋼筋混凝土梁的相關(guān)性能分析方法多種多樣，相對(duì)來(lái)說(shuō)，有限元軟件ANASYS和ABAQUS或者PKPM和SAP2000來(lái)都可以比較完美的建立需要的模型，并能夠在模型上加載地震作用下剪力墻連梁的受力荷載等，軟件自動(dòng)顯示出受力后連梁的狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)，方便與其他資料進(jìn)行參考對(duì)比，如與試驗(yàn)對(duì)比，則能大大提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，并為試驗(yàn)提供一些新的思路。

2.2 模型選擇

利用計(jì)算機(jī)軟件ANASYS來(lái)建立鋼筋混凝土剪力墻連梁模型來(lái)分析小跨高比連梁在地震作用下的力學(xué)特性，多次調(diào)整變量獲得結(jié)果，這樣比較利于操作、方便快速、經(jīng)濟(jì)合理，與土木工程學(xué)科的科學(xué)研究精神相互吻合。

2.3 實(shí)驗(yàn)原理及數(shù)據(jù)處理

由于三種短連梁的配筋形式不同，若想要得出有對(duì)比性的結(jié)論數(shù)據(jù)，可以控制使連梁內(nèi)配筋率相同來(lái)進(jìn)行分析，產(chǎn)生數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，則可以達(dá)到對(duì)不同配筋形式短連梁在地震作用下的性能研究的目的，邏輯清晰，結(jié)構(gòu)層次明確。

利用計(jì)算機(jī)軟件建立好三種小跨高比連梁模型之后，不同交叉斜向配置形式的鋼筋采用桿單元嵌入在混凝土模型中，模擬地震作用的受力情況對(duì)模型進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算分析，得出短連梁的彎曲、形變、延性、截面剪力和斜截面受力情況，同時(shí)，軟件還可對(duì)短連梁的進(jìn)行裂縫檢測(cè)，并生成模擬數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)結(jié)合規(guī)范及有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算、繪制圖表、得出結(jié)論。

結(jié)論

（1）采取不同的配筋方式，連梁達(dá)到所需延性時(shí)能承受的最大剪壓比是不同的；（2）短連梁承受不斷重復(fù)的剪切荷載時(shí)，三種配筋方式相比，方式一與方式二試驗(yàn)結(jié)果幾乎沒(méi)有差異，方式三破壞沒(méi)有前者明顯；（3）三種配筋方式在耗能方面區(qū)別的區(qū)別是可以忽略不計(jì)的；（4）配筋方式二相比配筋方式一相對(duì)來(lái)說(shuō)便于施工；交叉斜向鋼筋配置方式三與前面兩種配筋方式相比，施工方便、快速，軟件模擬也更加便捷；（5）交叉斜向鋼筋配置方式三與前面兩種配筋方式相比，同樣體積配筋率時(shí)強(qiáng)度偏低，但其在轉(zhuǎn)角延性方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，交叉斜向鋼筋配置方式三避免了發(fā)生對(duì)角線爆裂裂紋的剪切破壞。

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