異形柱結(jié)構(gòu)抗震性能研究綜述

王瑋琨

【摘 要】異形柱結(jié)構(gòu)是近年來發(fā)展迅速，并在住宅設(shè)計中廣泛應(yīng)用的一種良好結(jié)構(gòu)形式。目前國內(nèi)外研究者對異形柱構(gòu)件抗震性能的試驗研究較為深入，故總結(jié)國內(nèi)外異形柱結(jié)構(gòu)抗震性能方面的研究成果，探討其中的不足之處，并提出相關(guān)的一些關(guān)鍵問題及建議，為今后的理論研究提供思路。

【關(guān)鍵詞】異形柱；抗震性能；框架結(jié)構(gòu)

一、異形柱結(jié)構(gòu)研究的背景及可行性

我國屬于土地資源緊缺的國家，建房建設(shè)用地利用率低，提高土地使用效率成為亟待解決的問題。異形柱的截面形式主要為T形、L形或者十字形，它多用于框架結(jié)構(gòu)。與一般的框架柱相比異形柱有效的提高了室內(nèi)使用面積，因其柱肢隱于墻體內(nèi)，大大節(jié)省了建筑空間，傳統(tǒng)框架柱的缺陷得以解決。異形柱其特殊的截面形式已無法再用普通柱的方法來進(jìn)行計算與分析，抗震性能和一般柱也有所不同，因此許多問題尚有待解決。但是對于異形柱結(jié)構(gòu)的研究從未停止過努力。

二、異形柱結(jié)構(gòu)國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

（一）異形柱正截面承載力的研究

清華大學(xué)、天津大學(xué)等一些科研單位對異形柱進(jìn)行了正截面承載力特性研究，主要結(jié)論為：從加載開始直到破壞，異形柱結(jié)構(gòu)的截面平均應(yīng)變基本符合平截面假定；截面中和軸一般不與彎矩作用平面垂直，也不與截面邊緣平行，其位置隨混凝土強度、配筋及荷載角、截面尺寸等因素的變化而變化[1]～[5]；其破壞形態(tài)可分為界限破壞、大偏壓破壞和小偏壓破壞；根據(jù)曹萬林教授等人的研究，對于異形柱的承載力有較大影響的是軸壓比與加載角；應(yīng)采用最不利荷載角方向的承載力作為控制因素；對于異形柱的正截面承載力的提高可以通過配置暗柱的形式等等[6]。

（二） 異形柱斜截面承載力的研究

同濟大學(xué)等單位對異形柱進(jìn)行了抗剪承載力特性研究，對22根T行柱、44根L形柱和6根字形柱的受剪承載力、斜截面破壞等進(jìn)行了分析。試驗結(jié)果表明：T形和L形截面框架柱受反復(fù)加載、廣義剪跨比、配箍率及軸壓力的影響與矩形截面框架柱相近；L形截面柱在反復(fù)加載時混凝土與腹板內(nèi)縱筋之間的粘結(jié)破壞現(xiàn)象非常嚴(yán)重，使得試件的變形能力和受剪承載力降低；在橫向荷載作用下L形截面柱存在附加扭矩作用，相比T形截面柱L形截面柱的粘結(jié)破壞較較為嚴(yán)重；T形和L形的受剪破壞特征均為受剪斜裂縫，主要發(fā)生在腹板處，而翼緣的存在降低了砼主拉應(yīng)力，使斜裂縫受到抑制；對于L形框架柱來說，影響其變形和受剪承載力的重要因素是彎矩比，受剪承載力最低時界限反彎點不在柱中點；T形截面柱的受剪承載力隨水平荷載作用方向而變化；T形試件斜裂縫的分布與矩形柱的不同，其壓端翼緣的混凝土壓碎區(qū)與矩形柱也有所差別；相對于矩形截面柱來說，T形截面柱的極限受剪承載力要高，所以受壓翼緣的有利作用應(yīng)在計算中考慮周到[7]。根據(jù)試驗的結(jié)果，給出了異形柱抗剪承載力的計算公式。

三、異形柱結(jié)構(gòu)國外研究現(xiàn)狀

在二十世紀(jì)七十年代美國學(xué)者Joaguln Marin[8]進(jìn)行了第一個鋼筋混凝土L形短柱的全過程分析，通過對大量L形短柱試驗和理論研究，提出一套計算圖表，供設(shè)計人員使用。M.Kawakami[9]， Dundar c.Sahin B[10]和Y.Yau.S.l.Chan、 A.K.W.So[11]分別研究了任意截面鋼筋混凝土柱的雙向偏壓狀態(tài)，分析了采用普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋時的極限強度、開裂等受力狀態(tài)。給出了異形柱的最小配筋率，并且作出了非對稱截面的配筋相關(guān)曲線（Mx一My），因此保證此種混凝土構(gòu)件安全且經(jīng)濟的進(jìn)行正常工作。Hsu.cheng-Tzu Thomas先后對雙向偏壓的T形、L形和槽形截面的鋼筋混凝土柱進(jìn)行了試驗和理論研究，分別采用普通混凝土、粉煤灰混凝土和高強混凝土制作構(gòu)件，最后歸納出荷載等值線圖和強度相關(guān)曲線。

四、結(jié)語與展望

異形柱框架結(jié)構(gòu)的受力特點不同于傳統(tǒng)矩型柱框架結(jié)構(gòu)，若采用空間桿系模型，可更細(xì)致地描述結(jié)構(gòu)受力狀況，從而可找出結(jié)構(gòu)各桿單元屈服順序，確定結(jié)構(gòu)破壞機制；第二就是異形柱柱肢較薄，柱中增設(shè)暗柱會造成施工不便，質(zhì)量得不到保證，采用端部配筋加強的方案更加合理。

參考文獻(xiàn)：

[1]高云海，鋼筋混凝土 T 形截面雙向壓彎構(gòu)件正截面強度、延性及滯回特性的試驗研究[D][碩士學(xué)位論文]，天津大學(xué)，1993

[2]翁維素，高強約束混凝土 T 形截面雙向壓彎構(gòu)件的研究[D][碩士學(xué)位文]. 天津大學(xué)，1997

[3]陳謙等. 雙向偏心受壓 L 形截面柱的計算[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報，1995 （1）：62～67

[4]王丹，黃承逵，劉明等，異形柱雙偏壓構(gòu)件正截面承載力試驗及設(shè)計方法研究[J]，建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2001，22（5） ：36～42

[5]姚俊淦，江見鯨，異形柱雙向偏心受壓正截面承載力分析及程序設(shè)計[J] ，力學(xué)與實踐，2001，23：20～23

[6]曹萬林，胡國振，崔立長等，鋼筋混凝土帶暗柱異形柱抗震性能試驗及分析[J] ，建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2002，23（1） ：16～21

[7]吳建營， 異形截面柱在低周反復(fù)荷載作用下的抗剪性能試驗與理論研究[D][碩士學(xué)位論文]，同濟大學(xué)，2001

[8]Joaguin Marin. Design Aids for L-shaped Reinfored Concrete Cloumns. ACI Structural Journal，November，1979，pp1197-1216.

[9]M.Kawakami.Limit States of Cracking and Ultimate Strength of Arbitrary Concrete Sections under Biaxial Bending. ACI Structural Journal， March-April， 1985.

[10]Dundar C.sahin B. Arbitrarily shaped Reinforced Concrete Members Subject to Biaxial Bending and Axial Load. Computer and Structures， 1993，44（4）.

[11]C.Y.Yau.S.L.Chan，A.K.W.So. Biaxial Bending Design of Arbitrarily Shaped Reinforced Concrete Column. ACI Structural Journal May-June， 1993，pp269-278.endprint