局部实心对空心板柱节点冲切性能影响

党隆 基庞瑞

(河南工业大学土木建筑学院,河南 郑州 450001)

局部实心对空心板柱节点冲切性能影响

党隆 基庞瑞

(河南工业大学土木建筑学院,河南 郑州 450001)

为了研究局部实心对现浇空心板柱结构节点冲切性能的影响,对3个空心板柱中柱节点进行了杭冲切试验的数值模拟,得到了不同条件下空心板柱节点的受冲切承载力。采用数据对比的方法,研究了局部实心对空心板受冲切承载力的影响。数值分析结果表明:在空心板柱结构节点附近设置局部实心的方法能够很好地提高节点的受冲切承载力。

空心楼盖;板柱节点;冲切承载力;局部实心

现浇空心板柱组合结构体系是通过预制埋芯成孔工艺制备而成的一种新型结构［1］。与传统梁板结构相比,空心板柱结构可降低楼板自重、节省建筑材料、减少噪音传递。楼板内的封闭空腔增加了建筑物的整个抗弯刚度［2］,因此抗震性能比较好。无梁的存在满足了真正意义的平板,降低了层高,房屋的保温节能效果更好［3］。目前,现浇空心板柱结构已经越来越多地应用到实际工程中,但空心板柱节点的抗冲切问题一直是工程界比较关注的课题。本文主要研究了局部实心对板柱节点受冲切能力的影响,为发展和完善现浇空心板柱结构体系的设计理论及工程设计应用给出了相应的建议［4］。

1 非线性有限元分析

1.1 数值分析的可靠性讨论

由于有限元软件模拟板柱结构受冲切过程时,计算准确性受到有限元简化方法和参数设置的影响。因此,在进行有限元分析之前,有必要对有限元计算的可靠性进行进一步的分析研究。最有效的方法就是通过有限元计算结果和实际试验结果进行对比,若能保证误差在可接受的范围之内,就可以把有限元结果视为可靠结果。

东南大学赵斌斌共设计制作了空心板柱构件6块,研究了空心板柱节点在竖向荷载和不平衡弯矩共同作用下板柱节点的受冲切性能,得到了比较理想的试验结果［5］。为了验证ABAQUS软件能够可靠的模拟出试件的各种破坏类型,选取了代表性的试件UM1、UM2,这两个模型的试验破坏荷载分别为120kN和110kN。

根据试验实际情况,利用有限元软件ABAQUS模拟UM1和UM2,钢筋和混凝土材料。

数据均采用文献中实测数据。试件UM1和UM2的破坏荷载分别为120kN和110kN。从有限元软件的荷载位移曲线可以看出,UM1、UM2的破坏荷载为107kN和124kN,与试验结果相比误差为10.8%和12.7%。考虑到有限元模型材料参数、本构关系以及边界条件的选取与实际试验有一定的误差,而且有限元计算中未考虑钢筋和混凝土之间的黏结滑移,因此通过有限元软件ABAQUS对板柱节点冲切性能的研究具有一定的可靠性。

1.2 模型设计

在文献［5］的基础上,选取空心板柱中柱节点为研究对象,共设计了3个数值模型。图1为空心板［4,6］构造详图,图2为局部实心板［4］的构造详图。模型加载柱高为700mm,柱截面尺寸为300mm*300mm,柱子配筋为8C16,板宽为1 400mm,混凝土设计等级为C30。表1给出了模型的主要参数。

图3 Mises应力云图

表1 空心板柱节点模型参数

图1 空心板构造详图

图2 局部实心板构造详图

1.3 数值分析结果

图3为空心板柱节点的数值分析结果。由图3可知,钢筋和混凝土已全部屈服并发生较大的塑性变形；板柱节点处混凝土应力达到最大,且板柱节点附近有明显的冲切椎体形成。图4为HP1～HP3的荷载—位移曲线,三者的破坏荷载分别为277kN、200kN、170kN。由图4可知,当荷载较小时,随着荷载的增加,位移呈近似线性增长,板基本处于弹性工作阶段；当荷载慢慢增大,板开始进入塑性阶段,位移非线性增长。当达到破坏荷载后,荷载迅速降低,位移明显增大,此时判断模型构件已经破坏,均为典型的冲切破坏。

图4 荷载―位移曲线

2 结果分析

现浇空心板柱结构的受冲切承载力较实心板有明显的降低的,但是在同等条件下板柱节点附近设置局部实心区域节点受冲切承载力比空心板提高了17.6%,局部实心板的破坏挠度和延性系数较空心板也有一定量的提高。因此,在工程设计中,板柱节点附近设置实心区域是一种比较合理的方法。

3 结论

3.1 空心板柱结构节点的破坏形态和实心板柱结构的破坏形态相似。

3.2 在空心板柱结构节点附近布置局部实心的方式在一定程度上可以提高节点的抗冲切能力,更加经济合理,减少了建筑材料的消耗。

［1］Martina Schnellenbach一Held,Karsten Pfeffer.Punching behavior of biaxial hollow slabs［J］.Cement&Concrete Composite, 2002(24):551一556.

［2］Adel A.Elgabry,Amin Ghali.Moment Transferby Shear in Slab一Column Connections［J］.ACI Structural Journal,1996(2): 187一196.

［3］许清风.新型梁柱—板柱组合结构(住宅)体系板柱节点的研究［D］.东南大学,2001.

［4］中华人民共和国标准.JGJ T268一2012现浇混凝土空心楼盖技术规程［S］.中国建筑工业出版社,2012.

［5］赵斌斌.不平衡弯矩作用下空心板柱节点冲切性能研究［D］.东南大学,2013.

［6］中华人民共和国标准.GB50010—2010混凝土结构设计规范［S］.中国建筑工业出版社,2010.

Effects of Local Solid on Punching Shear Performance of Hollow Slab Column Joints

Dang Longji Pang Rui
(School of Civil Engineering,Henan University of Technology,Zhengzhou Henan 450001)

In order to study the influence of local solid on the punching shear performance of the cast一in一place hollow slab column structure,the punching shear bearing capacity of the hollow slab column joints under different conditions was obtained by the numerical simulation of the anti一punching shear test of 3 hollow slab column joints.By using the method of data comparison,the effects of local solid on the punching shearbearing capacity of the hollow slab were studied.The numerical results showed that the method of setting the local solid in the vicinity of the hollow slab column structure joints can improve the punching shear bearing capacity of the joint greatly.

hollow floor frame;slab column joint;punching shear bearing capacity;local solid

TU375

A

1003一5168(2015)07一0093一3

2015一6一13

党隆基(1992一),男,在读硕士,研究方向:现浇空心板柱结构;庞瑞(1981一),男,博士,副教授,研究方向:装配式RC建筑结构体系力学性能与杭震设计方法等。