钢筋混凝土宽肢异形柱受剪承载力试验及理论研究
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摘要
近年来，异形柱小高层住宅越来越多。异形柱小高层框架结构体系中，由于自重的增加，柱轴力加大。为了满足柱轴压比的要求，需增大异形柱的肢宽，当柱肢宽厚比为4~5时，则成为宽肢异形柱。目前，对宽肢异形柱的研究还很少，且尚无适用的设计规范，这限制了该结构体系的发展。为了适应宽肢异形柱结构体系的发展要求，对其进行研究己成必然。由于宽肢异形柱的脆性破坏特征更为明显，研究抗剪性能具有重要意义。
对24根（11根L形和13根T形）宽肢异形柱进行低周往复荷载作用下受剪承载力的试验研究。结果表明，宽肢异形柱的受剪性能和受剪承载力均与加载角和柱肢宽度密切相关，肢宽厚比对受剪承载力的影响不大。另外，分别得出了L形和T形截面宽肢异形柱沿两个主轴方向的抗剪承载力分量的相关曲线。
通过普通异形柱的受剪承载力设计公式在宽肢异形柱设计中的适用性研究，认为用该公式计算宽肢异形柱偏于安全，可以用来进行宽肢异形柱受剪承载力的设计。通过对异形柱受剪承载力的影响因素进行灰色关联度分析，得出异形柱受剪承载力的影响因素中，关联度依次是按轴压比、配箍率、肢宽厚比、混凝土抗拉强度、纵筋配筋率。通过对宽肢异形柱受剪承载力进多元线性回归分析，得出宽肢异形柱受剪承载力的计算公式，并通过对回归计算公式进行偏下限处理，得到适用于往复加载时的宽肢异形柱受剪承载力建议设计公式。
对L形和T形宽肢异形柱建立了有限元分析模型，计算结果和试验结果吻合，计算模型能较好的模拟混凝土柱的受剪破坏情况，有利于对宽肢异形柱的受剪承载力进行进一步的分析。
对异形柱进行了考虑地震作用效应组合时的承载力计算公式可靠度分析，计算所得可靠指标能满足抗震要求。对异形柱受剪承载力计算公式可靠指标受各因素的影响规律进行了研究，结果表明，计算公式可靠指标随剪跨比和配箍率增大而减小，随混凝土强度、截面面积、荷载比等的增大而提高。
In recent years, there are more and more small high-rise residential withspecial-shaped columns. Due to the increase of weight in frame structure system ofsmall high-rise residential with special-shaped columns, the column axial force isincreasing. It needs to increase limb width of special-shaped column in order to meetthe requirements of axial compression ratio, when the column width to thickness ratiois4-5, it becomes broad-limb special-shaped column. At present, the research ofbroad-limb special-shaped column is rarely, and with no applicable designspecifications, which greatly limits the development of this structural system. In orderto adapt to the development requirements of broad-limb special-shaped columnstructure system, the research has become inevitable. Due to the obvious brittle failurecharacteristics of broad-limb special-shaped column, it has a very importantsignificance to study on its shear performance.
It is shown that both shear performance and shear capacity of broad-limbspecial-shaped column are closely related to loading angle and limb width, and limbwidth to thickness ratio has little effect on shear capacity form the results of test studyon shear capacity of24broad-limb special-shaped columns (11L-shaped and13Z-shaped) under the action of low cyclic loading research. In addition, the relevantcurves of shear capacity components of L-shaped and T-shaped section broad-limbspecial-shaped columns along the two directions of major axis is given respectively inthis paper.
Through the research on the applicability of shear capacity design formula ofgeneral special-shaped columns in broad-limb special-shaped columns design, it isconsidered that it is partial to safety to calculate broad-limb special-shaped columnsby this formula from this paper, and it can be used for shear capacity design ofbroad-limb special-shaped columns. Through grey correlation degree analysis onshear capacity influence factors of special-shaped columns, it is concluded that thecorrelation degree decreases in the order of axial compression ratio, stirrup ratio, limbwidth to thickness ratio, concrete tensile strength, longitudinal reinforcement ratio,and shear span ratio in the shear capacity influence factors of special-shaped columns.Through multiple linear regression analysis on the shear capacity of broad-limbspecial-shaped columns and treatment of approaching to a lower limit on the regression results, the proposed design formula of shear capacity of broad-limbspecial-shaped column can be concluded.
The finite element analysis model on L-shaped and T-shaped broad-limbspecial-shaped columns has been established, the calculation results and experimentalresults are consistent, and calculation models can better simulate shear failureconditions of concrete columns, which will help to further analyze shear capacity ofbroad-limb special-shaped columns.
The reliability analysis of bearing capacity calculation formula on special-shapedcolumns considering the combination of seismic effects has been carried out, and thecalculated reliability index can satisfy the requirements of specification. The result ofstudy on influence regularity of various factors on reliability index of shear capacitycalculation formula of special-shaped columns shows that the reliability index ofcalculation formula decreases with the increase of shear span ratio and stirrup ratio,and improves with the increase of concrete strength, cross-section area, and loadingratio etc.
对24根（11根L形和13根T形）宽肢异形柱进行低周往复荷载作用下受剪承载力的试验研究。结果表明，宽肢异形柱的受剪性能和受剪承载力均与加载角和柱肢宽度密切相关，肢宽厚比对受剪承载力的影响不大。另外，分别得出了L形和T形截面宽肢异形柱沿两个主轴方向的抗剪承载力分量的相关曲线。
通过普通异形柱的受剪承载力设计公式在宽肢异形柱设计中的适用性研究，认为用该公式计算宽肢异形柱偏于安全，可以用来进行宽肢异形柱受剪承载力的设计。通过对异形柱受剪承载力的影响因素进行灰色关联度分析，得出异形柱受剪承载力的影响因素中，关联度依次是按轴压比、配箍率、肢宽厚比、混凝土抗拉强度、纵筋配筋率。通过对宽肢异形柱受剪承载力进多元线性回归分析，得出宽肢异形柱受剪承载力的计算公式，并通过对回归计算公式进行偏下限处理，得到适用于往复加载时的宽肢异形柱受剪承载力建议设计公式。
对L形和T形宽肢异形柱建立了有限元分析模型，计算结果和试验结果吻合，计算模型能较好的模拟混凝土柱的受剪破坏情况，有利于对宽肢异形柱的受剪承载力进行进一步的分析。
对异形柱进行了考虑地震作用效应组合时的承载力计算公式可靠度分析，计算所得可靠指标能满足抗震要求。对异形柱受剪承载力计算公式可靠指标受各因素的影响规律进行了研究，结果表明，计算公式可靠指标随剪跨比和配箍率增大而减小，随混凝土强度、截面面积、荷载比等的增大而提高。
In recent years, there are more and more small high-rise residential withspecial-shaped columns. Due to the increase of weight in frame structure system ofsmall high-rise residential with special-shaped columns, the column axial force isincreasing. It needs to increase limb width of special-shaped column in order to meetthe requirements of axial compression ratio, when the column width to thickness ratiois4-5, it becomes broad-limb special-shaped column. At present, the research ofbroad-limb special-shaped column is rarely, and with no applicable designspecifications, which greatly limits the development of this structural system. In orderto adapt to the development requirements of broad-limb special-shaped columnstructure system, the research has become inevitable. Due to the obvious brittle failurecharacteristics of broad-limb special-shaped column, it has a very importantsignificance to study on its shear performance.
It is shown that both shear performance and shear capacity of broad-limbspecial-shaped column are closely related to loading angle and limb width, and limbwidth to thickness ratio has little effect on shear capacity form the results of test studyon shear capacity of24broad-limb special-shaped columns (11L-shaped and13Z-shaped) under the action of low cyclic loading research. In addition, the relevantcurves of shear capacity components of L-shaped and T-shaped section broad-limbspecial-shaped columns along the two directions of major axis is given respectively inthis paper.
Through the research on the applicability of shear capacity design formula ofgeneral special-shaped columns in broad-limb special-shaped columns design, it isconsidered that it is partial to safety to calculate broad-limb special-shaped columnsby this formula from this paper, and it can be used for shear capacity design ofbroad-limb special-shaped columns. Through grey correlation degree analysis onshear capacity influence factors of special-shaped columns, it is concluded that thecorrelation degree decreases in the order of axial compression ratio, stirrup ratio, limbwidth to thickness ratio, concrete tensile strength, longitudinal reinforcement ratio,and shear span ratio in the shear capacity influence factors of special-shaped columns.Through multiple linear regression analysis on the shear capacity of broad-limbspecial-shaped columns and treatment of approaching to a lower limit on the regression results, the proposed design formula of shear capacity of broad-limbspecial-shaped column can be concluded.
The finite element analysis model on L-shaped and T-shaped broad-limbspecial-shaped columns has been established, the calculation results and experimentalresults are consistent, and calculation models can better simulate shear failureconditions of concrete columns, which will help to further analyze shear capacity ofbroad-limb special-shaped columns.
The reliability analysis of bearing capacity calculation formula on special-shapedcolumns considering the combination of seismic effects has been carried out, and thecalculated reliability index can satisfy the requirements of specification. The result ofstudy on influence regularity of various factors on reliability index of shear capacitycalculation formula of special-shaped columns shows that the reliability index ofcalculation formula decreases with the increase of shear span ratio and stirrup ratio,and improves with the increase of concrete strength, cross-section area, and loadingratio etc.
引文
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