王曉林

(太原學院基建處，山西 太原 030032)

0 T形柱正截面的力學特性

圖1 T形柱正截面

當肢厚t=250mm時，分別變化它的腹板長度(hx－t)和翼緣長度hy，來分析兩個垂直方向的剛度變化情況。通過計算[1]8－13，T 形柱正截面力學性能列表如下:

T形柱正截面x方向有一個對稱軸，其形心在截面內(nèi)，形心主軸與腹板邊緣平行，等慣性矩條件下的T形截面面積比矩形截面面積要小，可以推斷，T形截面比等面積矩形的剛度要大。因此，在符合抗震要求的前提下，優(yōu)先選用異性柱的截面形式，可以節(jié)約材料，室內(nèi)布局也整齊大方，有效利用了角部空間。兩個垂直方向的尺寸相差越大時，相對于兩個方向的剛度也相差較大，這樣不利于抗震。在采用異形柱結(jié)構(gòu)的實際工程中，應特別注意這一點。

表1 T形柱正截面性能

1 體積配箍率對T形柱的影響[2]67－82

體積配箍率是用箍筋體積除以相應箍筋的一個間距包圍的混凝土體積之后的比率來表示的。配箍率控制著混凝土構(gòu)件斜截面絕大部分受剪承載力。為了構(gòu)件不發(fā)生斜拉破壞和斜壓破壞，控制結(jié)構(gòu)構(gòu)件斜截面的破壞形態(tài)，必須得有適當?shù)呐涔柯什判小?/p>

實驗模型的加載方式是柱頂位移加載，柱底的約束方式是懸臂固結(jié)。根據(jù)力的平衡，只要在柱頂加一個水平荷載即可，而這個荷載等于柱底剪力，然后將一個等截面的T形鋼梁放于柱頂，單元號為beam188，高300mm，這樣可以取得柱底剪力值，模型的網(wǎng)格劃分為200mm×200mm×200mm。施加荷載時有兩個荷載步，首先以面荷載的形式將軸向力加在整個表面，其次是在柱頂腹板底端中點施加水平位移，方向朝向坐標系Z軸正向。本實驗模型是整體式的，SOLID65，這里假定此單元是連續(xù)、均勻，并且是采用各向同性的鋼筋。整個單調(diào)荷載下非線性有限元計算過程，利用ANSYS軟件，依托有限元理論完成。

1.1 承載能力變化

通過改變箍筋間距使得體積配箍率發(fā)生變化，間距分別是200mm、150mm和100mm。

表2 荷載對比

當箍筋間距變化后，三個變量:開裂荷載變化不大。屈服荷載、極限荷載都發(fā)生了明顯的變化。當箍筋間距減小后，開裂荷載減小;屈服荷載降幅較大，極限荷載增大。體積配箍率增大后，使得試件提前屈服，但是延遲了試件的最終破壞時間，在發(fā)生地震時為人們爭取逃生的時間。

1.2 變形能力變化

當體積配箍率增大后，極限位移增大，屈服位移減小，開裂位移保持不變。顯然，箍筋的數(shù)量增多后，試件的延性改善很多。

表3 位移對比

2 軸壓比對T形柱的影響

將軸壓比分別為 0.3，0.5，0.7 的構(gòu)件分別命名為 Z0.3，Z0.5，Z0.7。

表4 荷載對比

表5 位移對比

表4說明，當軸壓比減小，極限荷載、屈服荷載、開裂荷載都降低。表5說明開裂位移對軸壓比的變化反應不大，屈服位移同軸壓比的變化一致，但是極限位移增大，延性大大改善，說明隨著軸壓比的增加，T形柱的延性變差。

3 截面高厚比對T形柱的影響

異形柱截面的柱肢高與肢厚的比值(h:t)即為截面的高厚比，它可以用來區(qū)分異形柱、短肢剪力墻和一般剪力墻。本次實驗中，全部試件均保持相同的相同的配筋率、相同的配箍率和相等的截面面積等，只有高厚比發(fā)生變化。依次是4.0、2.92、2.0，對應名稱是大柱、中柱、小柱。

圖2 異形柱截面尺寸

由于截面的慣性矩增大，抵抗變形的能力會增強。所以截面的高厚比減小時，開裂荷載、屈服荷載、極限荷載保持同其相同的變化趨勢，高厚比是2.92的柱子截面延性最好。高厚比增大37.0%時，延性下降85.2%，衰減嚴重。所以我們在設計異性柱截面時，高厚比不宜過小，更不宜過大。

表6 荷載對比

表7 位移對比

4 結(jié)論及展望

4.1 主要結(jié)論

本文利用ANSYS軟件進行了T形柱正截面的受力能力分析。綜上所述:

(1)對不同配箍率的T形柱的比較后，認為增大箍筋間距導致延性下降。

(2)對不同高厚比的T形柱的比較后，認為高厚比為2.92時的延性最好，高厚比不宜過大也不宜過小。

(3)軸壓比改變時，柱肢的性能會產(chǎn)生變化。軸壓比增大后，延性下降。

(4)三個實驗中，裂縫發(fā)展規(guī)律基本是一致的。

4.2 有待以后研究的問題

本文對不同配箍率，不同軸壓比，不同高厚比下的異形柱的性能進行了計算機模擬分析。如各項條件具備，最好是能完成實際試驗的操作，這樣結(jié)論會更有說服力。每一個領(lǐng)域都有無盡的科學需要我們?nèi)ヌ剿靼l(fā)現(xiàn)，關(guān)于異形柱有待進一步研究的課題還有很多，我認為急需研究的有:1、不同截面形式異形柱受力試驗研究。如L形、十字形。2、不同材料異形柱抗震性能試驗研究。如型鋼混凝土異形柱。3、不同荷載作用下異形柱的受力性能。4、不同抗震等級下鋼筋混凝土異形柱軸壓比限值研究。5、高溫下鋼筋混凝土異形柱的截面特性等等。

[1]易金舫.形柱抗震受力分析及設計建議[D].西南交通大學，2007.

[2]王曉林.鋼筋混凝土異形柱結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件受力性能分析[D].太原理工大學，2011.