小跨高比连梁新型配筋方式及数值分析

糜长林 王 桦 祝 捷

(扬州大学岩土工程研究所，江苏 扬州 225127)

小跨高比连梁新型配筋方式及数值分析

糜长林 王 桦 祝 捷

(扬州大学岩土工程研究所，江苏 扬州 225127)

依据已有的关于小跨高比连梁配筋方案相关文献和研究成果，主要对布置交叉对角斜筋、菱形筋、纵筋的复合配筋方案和多层封闭约束箍筋两种方案进行了试验对比和有限元分析，研究了连梁的跨高比、箍筋和纵筋数量对其破坏形态、滞回性能、刚度退化、变形和耗能性能等的影响，并分析了构件的位移和荷载的关系，得出了一些结论。

小跨高比连梁，配筋方案，抗震加载试验，有限元分析

连梁是现在必不可少的构件，由于其在框架—剪力墙结构中传递荷载和弯矩，通常具有较高的承载力、延性和耗能性，在实际应用中，我们通常选用小跨比的连梁，在受力过程中显示出刚度大、剪切变形大、延性差等特点。根据已有的文献资料，当跨高比小于2.5的连梁，以上的特点更为明显。

小跨高比连梁破坏形态一般有剪切型破坏、弯曲剪切型破坏、弯曲滑移型破坏3种破坏形态。大多数的破坏为剪切破坏，说明其在实际受力过程中延性、刚度和耗能性不能满足框架—剪力墙抗震设计的要求标准。连梁在承受剪切或者抗弯时主要取决于钢筋的性能和布置方式，找到较合理的钢筋类别和布置方式就显得尤其重要，国内外已有许多相关的实验研究和文献。比如新西兰Paulay T教授提出的在小跨高比连梁中配置交叉暗柱式钢筋的方案，实践证明该方案用钢量较大而且施工起来较困难,在实际工程中并不适用；重庆大学的牛绍仁等人对采用普通纵筋与交叉斜向钢筋组合配筋方式的连梁进行了低频率反复荷载作用下的试验研究，还有许多相关配筋方式的试验和研究，本文不再赘述。

本文将通过综合配筋和分层箍筋布置两个试验对比研究配筋方式对小跨高比连梁的破坏方式、滞回性能、刚度退化、变形和耗能特性等的影响。

1 试验

1.1 试验方案

试验样本是取开洞剪力墙结构中的一小部分来模拟地震作用下小跨比连梁的受力情况和变形特点。将试件上下分成三部分，顶端和底端分别设置两个块来充当实际中墙肢结构，中间部分充当连梁受力，在连梁跨中位置布置方向为水平的循环荷载。结构的受力简图、弯矩和剪力图如图1所示。本文实验采用的连梁构件跨高比为1.0，配筋方式采用纵筋、对角斜筋及菱形斜筋的复合配筋(LL-a)和长度比较短的分层短跨箍筋、纵筋两种布置方式(LL-b)。配筋图见图2，图3。

1.2 试验加载制度

本实验根据已有的相关文献标准里的循环加载制度进行逐级施加。在试件达到屈服以前，利用荷载控制；在试件达到屈服以后，利用变形控制。试验中用Py来表示屈服荷载，即以受拉钢筋或对角斜筋的应变达到屈服应变时所对应的水平荷载作为屈服荷载Py，所对应的梁端位移就是构件的屈服位移Δy。

1.3 试验参数

本实验所选用的几个关键参数定义如下：

1)跨高比(l/h)为连梁净跨与其高度的比值。

2)剪压比(vu/fcbh0)，vu为试验中的最大剪力。

构件的设计参数见表1,混凝土的强度见表2，钢筋配筋表见表3，分段封闭箍筋试样构造钢筋为8Φ12。

表1 试件参数设计值

表2 混凝土各类强度

表3 构件配筋参数

1.4 试验结果与分析

1)连梁试件的破坏形态。由LL-a构件实验结果可看到最后的破坏变形状态是剪切变形，实验的破坏结果见图4。构件上出现了明显的斜裂缝，有的比较短窄，有的沿着对角线通长分布；随着荷载不断地逐级循环施加，斜向裂缝越来越多，最后由构件表面发展延伸到内部，这时混凝土会慢慢与钢筋分离，混凝土强度达到屈服，最后钢筋暴露出来，构件由于受到产生斜裂缝的斜向剪切力而最终达到破坏失去承载能力。

试件最后破坏形态与连梁跨高比ln/h密切相关。近似取剪变模量G=0.4E，可导出连梁剪切变形Δv与两端总相对变形Δ的比值公式:

正常患者的生理中，原癌以及抑癌基因主要表现为静止状态，以此对细胞的正常功能进行维持。对于癌基因而言，其由原先的不表现转变为表现，数量过度增加时，就会出现大量的蛋白质，这些都会使患者的细胞出现调控失常，并致使患者出现肿瘤。而抑癌基因出现升高，会使蛋白质对细胞的恶性增值进行控制。

(1)

由LL-a构件实验结果来看，弯曲裂缝首先出现，随后在试件接近构件对角线的位置出现一条细长的斜裂缝，随着荷载的加大，弯曲裂缝加宽，开始出现扇形剪切裂缝，但剪切斜裂缝均没有发展成起控制作用的斜裂缝。在逐级循环荷载作用下，连梁的中部明显承受竖向剪力呈受弯状。试件最终表现为弯曲剪切破坏，将试件的塑性铰处的开裂混凝土剔除，可见到纵向钢筋成外鼓变位(见图5)。

2)连梁试件的滞回曲线。图6是LL-a构件的P(荷载)—Δ(位移)滞回曲线，从滞回曲线图上可以看出曲线分布比较扩散，没有出现太大的刚度破坏，这种配筋方式的耗能性还是比较好的。LL-b构件的滞回曲线与LL-a构件实验结果相似，比较密，相关性较好，滞回曲线面积由密慢慢增大。

3)试件的钢筋应变。

纵筋。由试验结果分析，LL-a构件纵筋在刚开始加载时为一端受拉，一端受压，荷载较小时应变零点位于跨中附近；随着荷载的增加，应变由压应变屈服变成拉应变，所有的纵筋与大跨度的梁构件受力相似，表现为全长受拉。两根菱形筋上半肢和下半肢分别受拉和受压，对角钢筋分别承担受拉和受压。菱形筋在荷载增加过程中始终一端受拉，一端受压，压应变逐渐减小。屈服后，应变值逐渐增大。

LL-b构件的受力钢筋开始与混凝土一起抵抗压力，在混凝土丧失强度以后，最后主要受拉。构造纵筋充当构件的骨架，减小了力的作用点与上下钢筋的距离，在实际受力中开始参与混凝土受力机理受压，然后随着纵向受力钢筋受拉，一般最后达到一定的受压荷载而破坏。分层布置的箍筋受力机理与纵向受力钢筋相似，在受力的整个过程直至破坏时，一般也会表现为受拉或者受压。

1.5 试验结论

LL-b构件利用更多数量的短箍筋对混凝土斜压杆起到了抵抗压力的作用，分布比较密的短箍筋可以很好的搭配纵筋承担斜拉力。综合分析得出分层分布箍筋配筋连梁方案具有良好的耗能性能，相比较于第一种配筋方案，具有钢筋布置比较简单、现场实践工程容易操作等等优点，是较好的一种配筋方式。

2 有限元分析

本文采用ANSYS11.0进行有限元分析。分别模拟了本文综合配筋LL-a、分段封闭箍筋LL-b和其他三种常见的普通配筋方式的梁，由于实际受力在平面内，所以采用平面骨架模拟，两边布置边界条件u1,u2和u3，不同配筋布置方式得到的荷载和位移间的关系也相差很大，在刚开始的弹性阶段，采用各种配筋方式的连梁荷载和变形基本一样，继续增加荷载时，不同钢筋配置就起到了明显的作用，这时出现的裂缝和破坏形态也各不相同。

从图8的荷载位移曲线上可以看到分层箍筋布置的连梁的曲线一直在上方，表明这种配筋方式的承载力的极限值相对于其他几种配筋比较大，对应的位移值也相对最大。

采用分段封闭箍筋连梁除构造钢筋屈服，外端部受拉纵向钢筋也屈服。本配筋模型分级屈服，构件里封闭箍筋由于分布比较密且尺寸比较小能很好的参与到混凝土的受力中，从而减缓构件的裂缝变形和破坏，说明该连梁延性良好(见表4)。

表4 模型钢筋屈服信息表

3 结语

1)采用对角斜筋布置可以抗压和抗拉，纵筋能与混凝土协作完成拉压破坏，使得梁内钢筋受力比较均匀，不容易发生受拉或受压脆性破坏，具有良好的延性和抵抗变形能力。

2)连梁的屈服位移、屈服荷载和极限荷载都随纵向钢筋配筋量的增加而增大；说明斜筋的设置对连梁的极限承载力有提高作用。

3)采用分层箍筋布置方式的小跨高比连梁主要是弯剪破坏，纵向构造钢筋起到水平抗剪机制的水平拉杆的作用，具有钢筋布置比较简单、现场实践工程容易操作等优点。

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New reinforcement method and numerical analysis of small span ratio coupling beam

Mi Changlin Wang Hua Zhu Jie

(GeotechnicalEngineeringResearchInstitute,YangzhouUniversity,Yangzhou225127,China)

In this paper, on the basis of the existing small span ratio of beam reinforcement scheme related literature and research achievements, mainly to decorate cross diagonal oblique muscle, diamond bar, longitudinal reinforcement of composite reinforcement scheme and the constraint of multilayer closed stirrup two test comparison research and finite element analysis, studied the cross coupling beam height ratio, number of stirrups and longitudinal reinforcement to its failure pattern, hysteresis behavior, the influence of the rigidity degradation and deformation and energy dissipation properties, analysis of the relationship between the displacement and load component, and achieves some conclusion.

small coupling beam span ratio， reinforcement scheme， seismic loading test， finite element analysis

1009-6825(2015)28-0043-04

2015-07-27

糜长林(1990- )，男，在读硕士

TU375.1

A