王瑋琨/華北理工大學(xué)

異形柱結(jié)構(gòu)抗震性能研究綜述

王瑋琨/華北理工大學(xué)

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。

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。

[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.