門進(jìn)杰 熊禮全 管潤(rùn)潤(rùn) 史慶軒 李慧娟

（西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，西安710055）

RCS組合節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造措施與破壞模式分析

門進(jìn)杰*熊禮全 管潤(rùn)潤(rùn) 史慶軒 李慧娟

（西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院，西安710055）

鋼筋混凝土柱-鋼梁（RCS）組合節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜，不同的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施對(duì)其破壞模式和承載力影響顯著。根據(jù)試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果，分析了8種RCS節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施的傳力機(jī)理及其對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的貢獻(xiàn)，并提出設(shè)計(jì)建議。分析了已有節(jié)點(diǎn)破壞模式的特征、受力機(jī)理、影響因素等；并根據(jù)國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)，提出了兩種新的破壞模式：部分剪切破壞和節(jié)點(diǎn)-梁混合破壞。通過(guò)分析其破壞特征、發(fā)生條件、受力機(jī)理等，給出了承載力計(jì)算建議。研究成果為進(jìn)一步建立RCS組合節(jié)點(diǎn)的受剪承載力公式提供依據(jù)。

鋼筋混凝土柱-鋼梁（RCS），組合節(jié)點(diǎn)，構(gòu)造措施，破壞模式，受剪承載力

1 引 言

鋼筋混凝土柱-鋼梁組合框架結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱RCS組合框架）是一種新型結(jié)構(gòu)形式。相對(duì)鋼框架而言，RCS組合框架具有較大的結(jié)構(gòu)阻尼、層間剛度，且造價(jià)較低，耐火性能好；與混凝土框架相比，RCS組合框架可明顯減輕結(jié)構(gòu)自重，增大結(jié)構(gòu)跨度，獲得更大的使用空間［1］。在RCS組合框架結(jié)構(gòu)中，有效的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳力的關(guān)鍵，然而由于該類節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施的多樣性，使其構(gòu)造措施設(shè)計(jì)、受力機(jī)理、破壞模式和承載力計(jì)算等均不夠完善［2-4］。為此，本文基于已有受力機(jī)理［5］，總結(jié)分析了不同構(gòu)造措施對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的貢獻(xiàn)；通過(guò)研究，提出了RCS組合節(jié)點(diǎn)的不同破壞模式及其發(fā)生條件，分析不同破壞模式的影響因素，為該類節(jié)點(diǎn)承載力公式的建立提供依據(jù)。

2 RCS組合節(jié)點(diǎn)的典型構(gòu)造及作用分析

2.1 RCS組合節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造措施

圖1是典型的RCS組合節(jié)點(diǎn)形式，根據(jù)對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土約束情況的不同，將節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造措施分為內(nèi)部措施和外部措施。

（1）內(nèi)部措施。主要包括面承板、鋼梁腹板、柱面鋼板等。主要作用是使節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土處于腹板、上下翼緣和這些構(gòu)造的約束之中，使混凝土處于三向受力狀態(tài)，從而提高節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的抗剪能力。

圖1 典型的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造Fig.1 Typical joint configuration

（2）外部措施。主要包括縱向鋼筋、箍筋、豎向加強(qiáng)筋、鋼環(huán)箍、加焊栓釘和架立鋼柱等。主要作用是將剪力傳遞到節(jié)點(diǎn)外部區(qū)域的混凝土中，使外部混凝土形成斜壓桿機(jī)構(gòu)；此外，還能夠承擔(dān)節(jié)點(diǎn)區(qū)的一部分壓力，防止承壓破壞的發(fā)生。

2.2 RCS組合節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施的作用分析

2.2.1面承板

RCS組合節(jié)點(diǎn)中的面承板有三種形式：一般的面承板、加寬面承板和延伸面承板，見(jiàn)圖2。

通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)［4］中5個(gè)節(jié)點(diǎn)（編號(hào)為3，4，5，7，8）的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)面承板的作用進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，設(shè)置面承板的作用非常顯著，與不設(shè)置時(shí)相比，節(jié)點(diǎn)承載力提高了約61.2%；面承板長(zhǎng)度和寬度對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響也較顯著，當(dāng)其分別增加60%和50%時(shí)，節(jié)點(diǎn)承載力分別提高了73.6%和27.1%；而面承板厚度對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力影響比較小，當(dāng)厚度增加約2倍時(shí)，承載力提高幅度很小，約為6.0%。分析原因是，面承板的存在、面承板長(zhǎng)度和寬度的增加均會(huì)增加斜壓桿的受壓面積，并提高混凝土的強(qiáng)度，從而提高了節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力；此外，延伸面承板還可以將鋼梁翼緣傳來(lái)的一部分壓力傳遞到柱中，從而也間接減小了節(jié)點(diǎn)的受力。而面承板厚度的增大并不能增加斜壓桿的受壓面積，并且較厚的面承板在節(jié)點(diǎn)破壞時(shí)往往不能屈服，對(duì)承載力的貢獻(xiàn)就相對(duì)較小。

圖2 常見(jiàn)的RCS節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施—面承板Fig.2 Various typical FBP details

2.2.2箍筋

RCS組合節(jié)點(diǎn)中，當(dāng)節(jié)點(diǎn)區(qū)設(shè)置柱面鋼板時(shí)，可以不設(shè)置箍筋。除此之外，一般均設(shè)置箍筋。

通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)［6］中3個(gè)節(jié)點(diǎn)（編號(hào)為ZJD-01、ZJD-02、ZJD-14）和文獻(xiàn)［7］中3個(gè)節(jié)點(diǎn)的有限元分析結(jié)果，從有無(wú)箍筋和配箍率的變化兩個(gè)方面進(jìn)行分析，相關(guān)結(jié)果見(jiàn)表1所示。從表1可以看出，與沒(méi)有設(shè)置箍筋時(shí)相比，當(dāng)設(shè)置φ6＠100和φ8＠100的箍筋時(shí)，承載力提高約為7.0%和 18.9%；當(dāng)配箍率從1.1%提高到1.59%和2.84%時(shí)，承載力僅提高了6.1%和9.8%?？梢?jiàn)，箍筋對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力雖有一定的影響，但當(dāng)配箍率較大時(shí)，影響程度較小。分析其原因，是一定數(shù)量的箍筋的確可以與其他構(gòu)造措施一起形成斜壓桿機(jī)構(gòu)，但是，過(guò)多的箍筋會(huì)導(dǎo)致其在節(jié)點(diǎn)破壞時(shí)不能達(dá)到屈服狀態(tài)，也就不能完全發(fā)揮作用。因此，一味地提高配箍率并不會(huì)對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力產(chǎn)生顯著影響。

表1 構(gòu)造措施對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響Table 1 Effect of joint details on the ultimate shear capacity

2.2.3縱向鋼筋

通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)［8］中（編號(hào)分別為1，7，8）和文獻(xiàn)［7］中3個(gè)節(jié)點(diǎn)的有限元分析結(jié)果，分別從縱筋強(qiáng)度和配筋率兩個(gè)方面對(duì)縱向鋼筋的作用進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。可以看出，增加縱筋強(qiáng)度對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的提高影響比較小。當(dāng)縱筋配筋率不變，縱筋強(qiáng)度從452 MPa增加到500 MPa和700 MPa時(shí)，承載力僅提高了約1.9%和3.9%；增加縱筋配筋率對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力有明顯的影響，當(dāng)配筋率從4.18%增加到5.06%、8.19%時(shí)，節(jié)點(diǎn)承載力提高了約3.1%和18.6%。分析其原因，是在文獻(xiàn)［8］中，節(jié)點(diǎn)試件在整個(gè)受力過(guò)程中縱筋的最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力分別為168.26 MPa和428.5 MPa，均未達(dá)到其屈服強(qiáng)度。此時(shí)，增強(qiáng)縱筋強(qiáng)度對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力幾乎是沒(méi)有影響；而在文獻(xiàn)［7］中，縱筋基本上都達(dá)到了屈服強(qiáng)度，并且縱筋配筋率的增加意味著縱筋數(shù)量的增加，這對(duì)提高節(jié)點(diǎn)承載力是有利的。

2.2.4鋼環(huán)箍

鋼環(huán)箍是環(huán)繞混凝土柱的封閉環(huán)形短鋼板，設(shè)置在節(jié)點(diǎn)區(qū)柱根部，焊接在鋼梁的翼緣上，一般成對(duì)設(shè)置，如圖3（a）所示。利用文獻(xiàn)［9］中的2個(gè)節(jié)點(diǎn)試件（節(jié)點(diǎn)編號(hào)分別為OJB2-0、OJB3-0），研究鋼環(huán)箍（厚度為10 mm）對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響，相關(guān)的承載力試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，設(shè)置鋼環(huán)箍和不設(shè)置鋼環(huán)箍時(shí)相比，節(jié)點(diǎn)承載力提高了約20.7%，對(duì)增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)承載力的作用比較顯著。分析其原因，是鋼環(huán)箍的存在實(shí)際上增大了節(jié)點(diǎn)區(qū)的受力范圍；同時(shí)，鋼環(huán)箍可以約束混凝土，提高節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的抗剪強(qiáng)度。此外，還能約束柱根部混凝土，有利于避免承壓破壞。

圖3 常見(jiàn)的RCS節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施—鋼環(huán)箍等Fig.3 Various typical details for steel band，etc.

2.2.5柱面鋼板

通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)［10］中2個(gè)節(jié)點(diǎn)（編號(hào)為WJD4、WCS2）的有限元模擬結(jié)果，分析了柱面鋼板對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響，見(jiàn)表1所示。從表1中可以看出，設(shè)置厚度為13 mm的柱面鋼板和不設(shè)置時(shí)相比，節(jié)點(diǎn)承載力提高了約27.2%，對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響較顯著的。分析原因是，柱面鋼板可以約束整個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土，不但可以提高混凝土的強(qiáng)度，還可以有效抑制混凝土裂縫的發(fā)展。需要說(shuō)明的是，柱面鋼板的承載力較大，在受力過(guò)程中往往不會(huì)達(dá)到屈服，因此，本文建議柱面鋼板的厚度取值不要太大，一般取3～5 mm。

2.2.6架立鋼柱

在RCS組合框架的施工過(guò)程中，有時(shí)會(huì)在節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼梁上下翼緣正中位置焊接或螺栓連接一個(gè)小截面鋼柱，稱為架立鋼柱，如圖4（a）所示。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)［4］中2個(gè)節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)編號(hào)為4，15）的試驗(yàn)結(jié)果，分析了架立鋼柱對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響，如表1所示?？梢钥闯?，設(shè)置架立鋼柱（截面采用W127×470 mm）和不設(shè)置架立鋼柱時(shí)相比，節(jié)點(diǎn)承載力提高了約39.1%，影響還是十分顯著的。從受力機(jī)理上分析，加設(shè)鋼柱可以與節(jié)點(diǎn)核心區(qū)外部混凝土形成斜壓桿機(jī)制，將型鋼梁翼緣內(nèi)部的力傳遞到節(jié)點(diǎn)外部混凝土中，傳遞鋼梁中的部分荷載，從而提高節(jié)點(diǎn)承承載力。

圖4 常見(jiàn)的RCS節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施—架立鋼柱等Fig.4 Various typical details for small column，etc.

2.2.7豎向加強(qiáng)筋

豎向加強(qiáng)筋是在靠近柱表面處設(shè)置并焊接在鋼梁翼緣上的豎向鋼筋，如圖4（b）所示。通過(guò)分析文獻(xiàn)［9］中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)試件（編號(hào)分別為OJB1-0、OJB5-0）的試驗(yàn)結(jié)果，豎向加強(qiáng)筋對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響如表1所示?？梢钥闯觯O(shè)置豎向加強(qiáng)筋和不設(shè)置加強(qiáng)筋時(shí)相比，節(jié)點(diǎn)承載力提高了約9.3%，對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響較小。

2.2.8抗剪栓釘

S3：將S1中選出的杰出個(gè)體與S2中生成的新子代組合成新的種群，將所得新的父代進(jìn)行模擬退火選擇，從中選出N個(gè)個(gè)體組成新的父代進(jìn)行下一輪遺傳操作。

抗剪栓釘是焊接在節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼梁翼緣上的一種構(gòu)造措施，如圖4（c）所示。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)［4］中4個(gè)節(jié)點(diǎn)試件（編號(hào)為3，4，12，13）的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)抗剪栓釘?shù)淖饔眠M(jìn)行了分析，其中，節(jié)點(diǎn)12，13設(shè)置抗剪栓釘而節(jié)點(diǎn)3，4則沒(méi)有設(shè)置。相關(guān)的承載力試驗(yàn)結(jié)果和對(duì)比結(jié)果，如表1所示。可以看出，設(shè)置栓釘時(shí)，節(jié)點(diǎn)承載力分別提高了60.9%和73.9%，可以看出抗剪栓釘對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的提高是十分顯著的。雖然設(shè)置抗剪栓釘?shù)某踔允菧p小鋼梁翼緣與混凝土之間的滑移，實(shí)際上栓釘?shù)拇嬖谑挂徊糠趾奢d轉(zhuǎn)移到柱中，從而間接提高了節(jié)點(diǎn)區(qū)的承載力。

3 RCS組合節(jié)點(diǎn)的破壞模式分析

對(duì)于RCS組合節(jié)點(diǎn)，除了節(jié)點(diǎn)區(qū)的各種構(gòu)造對(duì)其承載力有顯著影響，節(jié)點(diǎn)的破壞模式更是其承載力計(jì)算的依據(jù)。根據(jù)ASCE設(shè)計(jì)指南［5］，RCS組合節(jié)點(diǎn)的破壞模式分為兩種：剪切破壞和承壓破壞。

3.1 腹板剪切破壞

3.1.1破壞過(guò)程與受力機(jī)理

當(dāng)鋼梁的受彎承載力大于節(jié)點(diǎn)的受剪承載力，同時(shí)節(jié)點(diǎn)區(qū)的構(gòu)造措施適當(dāng)時(shí)，發(fā)生腹板剪切破壞，如圖5（a）所示。剪切破壞的典型特征是節(jié)點(diǎn)腹板屈服和節(jié)點(diǎn)混凝土出現(xiàn)斜向裂縫，這與鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)和鋼節(jié)點(diǎn)是類似的。腹板剪切破壞是尋找節(jié)點(diǎn)合理抗震設(shè)計(jì)控制條件較為理想的破壞形式。其受力機(jī)理，可采用框架-剪力墻機(jī)構(gòu)和斜壓桿機(jī)構(gòu)來(lái)模擬［9，11］。

3.1.2影響因素分析

要避免腹板剪切破壞，提高節(jié)點(diǎn)抗剪承載力，主要措施有兩個(gè)：增強(qiáng)材料強(qiáng)度和采用適當(dāng)?shù)臉?gòu)造措施。根據(jù)本課題組的前期研究，在常規(guī)梁柱相對(duì)尺寸的條件下，腹板對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的貢獻(xiàn)可以占節(jié)點(diǎn)總承載力的30%左右，可見(jiàn)，腹板強(qiáng)度對(duì)節(jié)點(diǎn)抗剪承載力的影響很大。然而，在實(shí)際工程中，節(jié)點(diǎn)區(qū)腹板往往與型鋼梁腹板相同，因此，限制了腹板強(qiáng)度的提高。對(duì)于混凝土強(qiáng)度，根據(jù)本課題組的研究，在常規(guī)的梁柱相對(duì)尺寸的條件下，混凝土對(duì)節(jié)點(diǎn)抗剪承載力的貢獻(xiàn)（考慮了各種構(gòu)造措施對(duì)混凝土強(qiáng)度的提高作用）大約占60%。對(duì)于構(gòu)造措施，根據(jù)本文前面分析可知，面承板、鋼環(huán)箍、鋼柱面板、架立鋼柱、抗剪栓釘?shù)葘?duì)節(jié)點(diǎn)承載力均有較顯著的影響。

3.1.3承載力計(jì)算依據(jù)

在建立承載力公式時(shí)，腹板對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的貢獻(xiàn)，一般采用折減系數(shù)進(jìn)行考慮。ASCE指南采用腹板平均剪切強(qiáng)度0.6Fy的概念；日本AIJ指南［12］根據(jù)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施的不同，取折減系數(shù)為0.46～0.51；Nishiyama等［13］根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，取折減系數(shù)為0.57。如前所述，混凝土和各種構(gòu)造措施對(duì)承載力的貢獻(xiàn)，往往是一起考慮的。不同的構(gòu)造措施，對(duì)混凝土強(qiáng)度的提高程度不同。雖然美國(guó)、日本以及一些學(xué)者均給出了RCS組合節(jié)點(diǎn)承載力公式，然而，由于試驗(yàn)條件、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施以及計(jì)算模式的不同，所得出的承載力公式也有差別，甚至差別很大。因此，如何建立適用性更好的節(jié)點(diǎn)承載力公式，還需要更多試驗(yàn)與理論研究。

圖5 節(jié)點(diǎn)的剪切破壞和承壓破壞Fig.5 Joint failuremodes：（a）panel shear（b）vertical bearing

3.2 混凝土承壓破壞

3.2.1破壞過(guò)程與受力機(jī)理

當(dāng)節(jié)點(diǎn)混凝土強(qiáng)度較低、縱向鋼筋強(qiáng)度或配筋率較低時(shí)，常發(fā)生混凝土承壓破壞，如圖5（b）所示。節(jié)點(diǎn)承受的豎向壓力來(lái)自于由鋼梁和混凝土柱所傳來(lái)的彎矩和剪力，當(dāng)柱中（往往是柱根邊緣）受壓承載力不足時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致承壓破壞。

3.2.2影響因素分析

除了提高材料強(qiáng)度，還可以通過(guò)采取構(gòu)造措施來(lái)避免承壓破壞的發(fā)生。顯然，通過(guò)增大柱的混凝土強(qiáng)度或縱筋強(qiáng)度來(lái)避免承壓破壞，效果不理想，也不經(jīng)濟(jì)。一般采用在節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼梁翼緣處焊接加強(qiáng)筋，在柱根部設(shè)置鋼筋網(wǎng)片、角鋼等構(gòu)造措施來(lái)避免柱發(fā)生承壓破壞。關(guān)于構(gòu)造措施對(duì)承壓破壞的影響，可參考文獻(xiàn)［4，14］。

3.2.3承載力計(jì)算依據(jù)

由于承壓破壞時(shí)，柱中混凝土被壓碎屬于脆性破壞，因此，不作為節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算的依據(jù)。然而，在實(shí)際工程中，必須采取必要的構(gòu)造措施來(lái)避免承壓破壞的發(fā)生。

4 本文所提RCS組合節(jié)點(diǎn)的破壞模式分析

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)RCS組合節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究和有限元分析結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析，發(fā)現(xiàn)部分RCS組合節(jié)點(diǎn)的破壞過(guò)程、破壞特征與上述兩種破壞均不同，本文稱為部分剪切破壞和節(jié)點(diǎn)-梁混合破壞，分別介紹如下。

4.1 部分剪切破壞模式

4.1.1破壞模式的提出

通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)［9］中2個(gè)節(jié)點(diǎn)（編號(hào)為OB1-1，OBJS1-1）的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這2個(gè)試件均符合部分剪切破壞的特征，即在荷載施加到最大荷載的約50%時(shí)，在鋼筋混凝土柱側(cè)面出現(xiàn)斜向剪切裂縫。然后隨著荷載的增加，裂縫不斷發(fā)展，并貫通形成X形交叉裂縫。然而，隨后節(jié)點(diǎn)區(qū)裂縫并沒(méi)有進(jìn)一步發(fā)展，混凝土相對(duì)較完整，沒(méi)有被壓碎。而鋼梁翼緣開(kāi)始進(jìn)入屈服狀態(tài)，隨著荷載的進(jìn)一步增大，梁翼緣的屈服區(qū)域不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致鋼梁的局部屈曲而最終破壞。這兩個(gè)試件的最終破壞形態(tài)如圖6所示。

國(guó)內(nèi)也有不少類似試驗(yàn)結(jié)果。例如，在文獻(xiàn)［15］（編號(hào)為L(zhǎng)JD-01）的試驗(yàn)中，試件最終的破壞特征是，柱側(cè)型鋼梁端翼緣屈曲，而節(jié)點(diǎn)區(qū)并沒(méi)有完全剪切破壞。文獻(xiàn)［16］和［17］中2個(gè)節(jié)點(diǎn)（編號(hào)為CEJ3，JD-1）的破壞特征是：平面節(jié)點(diǎn)CEJ3梁端翼緣屈曲，腹板屈服且有輕微屈曲，同時(shí)，節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土出現(xiàn)較多交叉裂縫，但沒(méi)有被壓碎?？臻g節(jié)點(diǎn)JD-1的梁端彎曲破壞，節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土出現(xiàn)較多斜裂縫，混凝土仍沒(méi)有被壓碎，且節(jié)點(diǎn)區(qū)腹板出現(xiàn)部分屈服或者是沒(méi)有完全屈服。

部分剪切破壞的典型特征是節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土已經(jīng)受剪開(kāi)裂較嚴(yán)重，鋼腹板的剪切應(yīng)變也較大，但沒(méi)有達(dá)到屈服。

圖6 節(jié)點(diǎn)的部分剪切破壞Fig.6 Joint partial panel shear failure

4.1.2發(fā)生條件

當(dāng)節(jié)點(diǎn)的受剪承載力大于鋼梁的受彎承載力、局部屈曲承載力不夠大時(shí)，或其他造成節(jié)點(diǎn)混凝土未能完全壓碎、節(jié)點(diǎn)腹板未能達(dá)到屈服的情況，發(fā)生部分剪切破壞。

4.1.3 承載力計(jì)算依據(jù)

當(dāng)發(fā)生部分剪切破壞時(shí)，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是由鋼梁的受彎或局部承載力等控制的，然而，對(duì)于節(jié)點(diǎn)受剪承載力的計(jì)算也并非沒(méi)有借鑒意義，實(shí)際上，也有學(xué)者嘗試建立RCS組合節(jié)點(diǎn)的承載力公式［14，15］。一般而言，可以通過(guò)腹板項(xiàng)的折減對(duì)承載力公式進(jìn)行修正以達(dá)到相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)果。目前，關(guān)于部分剪切破壞中，腹板折減系數(shù)的取值還沒(méi)有學(xué)者給出明確數(shù)據(jù)，文獻(xiàn)［14］中只建議節(jié)點(diǎn)腹板未能充分發(fā)生作用時(shí)，取值小于1。從受力機(jī)理上分析，仍可采用框架-剪力墻機(jī)構(gòu)和斜壓桿機(jī)構(gòu)來(lái)模擬部分剪切破壞節(jié)點(diǎn)的受剪性能。本文建議，對(duì)于混凝土項(xiàng)對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的貢獻(xiàn)，可參照已有公式計(jì)算；而腹板項(xiàng)對(duì)承載力的貢獻(xiàn)，可取腹板的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)作為承載力計(jì)算的依據(jù)。

4.2 節(jié)點(diǎn)-梁混合破壞模式

4.2.1破壞模式的提出

通過(guò)文獻(xiàn)［18，19］中3個(gè)節(jié)點(diǎn)（編號(hào)為GJ1-1，GJ1-2，GJ1-3）的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這3個(gè)試件均符合節(jié)點(diǎn)-梁混合破壞的特征，即在加載初期，節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)垂直裂縫。然后，隨著荷載的增加，鋼梁與鋼筋混凝土柱連接部位的鋼梁翼緣開(kāi)始屈服，在此階段裂縫不斷發(fā)展，這3個(gè)試件都是以鋼筋混凝土柱邊緣型鋼梁翼緣屈曲且腹板隆起的破壞為主要特征，同時(shí)，節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼腹板也達(dá)到了屈服，節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的裂縫貫通，且寬度較大。其中試件GJ1-3最終破壞形態(tài)如圖7（a）所示。此外，文獻(xiàn)［9］中的節(jié)點(diǎn)（編號(hào)為OBJS2-0）也有類似的破壞特征。

圖7 節(jié)點(diǎn)-梁混合破壞Fig.7 Beam＆panel shear failure

4.2.2發(fā)生條件

當(dāng)節(jié)點(diǎn)的受剪承載力與鋼梁的受彎承載力或局部屈曲承載力基本相同時(shí)，發(fā)生節(jié)點(diǎn)-梁混合破壞。這種破壞形式可以看作是部分剪切破壞和腹板剪切破壞的界限破壞。

4.2.3 承載力計(jì)算依據(jù)

理論上來(lái)說(shuō)，由于節(jié)點(diǎn)-梁混合破壞模式，既符合RCS組合節(jié)點(diǎn)破壞的特征，也符合鋼梁破壞的特征，因此，其承載力計(jì)算既可以依據(jù)RCS組合節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算公式，也可以根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［20］的相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。然而，本文根據(jù)文獻(xiàn)［18，19］的試驗(yàn)結(jié)果，分別采用ASCE指南中節(jié)點(diǎn)的承載力公式和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中鋼梁的承載力公式，對(duì)其中的3個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果相差較大，偏差達(dá)20%～40%。分析原因，一是RCS組合節(jié)點(diǎn)公式是基于美國(guó)相關(guān)規(guī)范的，且其適用性如何還有待進(jìn)一步驗(yàn)證；二是兩套公式畢竟是基于不同構(gòu)件、不同破壞模式建立的，公式中各個(gè)系數(shù)的取值，依據(jù)的可靠度或安全度儲(chǔ)備均是不同的。由于國(guó)內(nèi)外還未見(jiàn)有文獻(xiàn)對(duì)該類破壞模式的承載力計(jì)算給出依據(jù)，因此，還有待于進(jìn)一步的研究和探討。

5 結(jié) 論

通過(guò)合理的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施設(shè)計(jì)，RCS組合節(jié)點(diǎn)可以有效地傳遞節(jié)點(diǎn)剪力，具有良好的延性和耗能能力。本文主要分析了面承板、箍筋、鋼環(huán)箍、柱面鋼板等8種節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施的作用，并給出了設(shè)計(jì)建議?；谝延性囼?yàn)結(jié)果，提出了節(jié)點(diǎn)內(nèi)單元的兩種破壞模式：部分剪切破壞和節(jié)點(diǎn)-梁混合破壞。結(jié)合已有節(jié)點(diǎn)破壞模式，重點(diǎn)討論了四種破壞模式：鋼梁腹板剪切破壞、混凝土承壓破壞、部分剪切破壞和節(jié)點(diǎn)-梁混合破壞的破壞特征、發(fā)生條件和受力機(jī)理等。受節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施的影響，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的受剪承載力、鋼梁的受彎承載力或局部屈曲承載力的大小關(guān)系變化時(shí)，節(jié)點(diǎn)將發(fā)生不同形式的破壞。不同的破壞模式，其破壞特征主要體現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)腹板的受力狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)混凝土的受力狀態(tài)以及鋼梁的受力狀態(tài)。本文根據(jù)破壞模式的不同，分別給出了節(jié)點(diǎn)受剪承載力計(jì)算的建議。

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Analysis on General Detailing Requirements and Failure M odes of RCS Com posite Joints

MEN Jinjie*XIONG Liquan GUAN Runrun SHIQingxuan LIHuijuan
（College of Civil Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology，Xi’an 710055，China）

The joint of the composite frame system consisting of reinforced concrete column and steel beam（RCS）is a complex part.The different detailing requirements and failuremodes have greateffects on the RCS composite joint behaviors.Based on great amount of experimental research and numerical simulations，the influence of eight parameters on the force transfermechanism and shear capacity were analyzed.Some suggestionswere presented for design.Two failure modes in RCS joints were introduced and suggestions were also presented for the joint design.In addition，two new failure modes，partial panel shear and beam＆panel shear，were proposed.Failure characteristic，failure condition，factor and force mechanism for these two modeswere described in detail.Some proposalswere presented for joint shear capacity calculation.This paper provides a basis for distinguishing the shear failuremodes.The shear capacity formula of RCS jointswere provided.

reinforced concrete column and steel beam（RCS），composite joint，joint details，failuremode，shear capacity

2013－11－11

國(guó)家自然科學(xué)基金（51008244，51108370）；陜西省教育廳專項(xiàng)科研基金（2013JK0982）*聯(lián)系作者，Email：men2009＠163.com