高强混凝土柱—普通混凝土板角节点核心混凝土的表现强度.pdf

21 2 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 6卷第 3 期 2 0 1 0年 6月 高强混凝土柱一普通混凝土板角节点 核心混凝土的表现强度 季光耀 ( 丽水学院建筑工程系， 浙江 丽水3 2 3 0 0 0 ) 摘要： 基于国内外试验结果， 对高强混凝土柱和普通混凝土板角节点混凝土的表现强度计算方法进行了详细的综述分析， 对不同研究者建议的公式进行了比较 ， 得出了较好的公式。最后， 建议了应该进一步研究的问题。本文的研究结果具有一定 的实际应用价值。 关键词： 板柱角节点； 高强混凝土柱； 普通混凝土板； 混凝土表现强度 中图分类号： T U 5 2 8 3 1 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 0 ) 0 3 2 1 2 0 2 A p p a r e n t s t r e n g t h o f c o r n e r HS C c o l u mn - NS C s l a b j o i n t s J I G u a n g y a o ( D e p a r t me n t o f B u i l d i n g E n g i n e e ri n g ， L i s h u i I n s t i t u t e ， L i s h u i 3 2 3 0 0 0 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： B a s e d o n t h e i n v e s t i g a t i o n c o n d u c t e d i n C h i n a a n d o t h e r c o u n t i e s ，fl r e v i e w o f t h e a p p a r e n t s t r e n g t h o f t h e c o me r h ig h s t r e n g t h c o n c r e t e c o l u m n -n o r m a l s t r e n gt h c o n c r e t e s l a b j o i n t s W as p res e n t e d F u r t h e d y ， a c o m p a r a t i o n W as p e r f o rme d t o t h e e q u a t i o n s d e v e l o p e d b y v a r i o u s res e a r c h e r s f o r the a p p a r e n t c o n c re t e o f t h e j o i n t s A c c o r d i n g t o t h e r e l a t e d t e s t d a t a ，t h e b e s t e q u a t i o n W as o b t a i n e d F i n a l l y s o me r e c o m me n d a t i o n s o n the s u b j e c t w e re gi v e n Ke y w o r d s ： c o me r s l ab- c o l u mn j o i n t ； h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e c o l u mn ； n o r m al s t r e n gth c o n c r e t e s l a b ； c o n c r e t e a p p a r e n t s t r e n gt h 0 前言 近年来 ， 高强混凝土的应用 日益增加， 取得了良 好的经济效益 。一般情况下， 为 了满足轴压 比要求 而柱的截面尺寸又受到限制时， 如高层框架的底层 柱， 柱子需要采用高强混凝土。而楼板大多仅承受 本层的荷载， 属于受弯构件， 一般情况下采用普通混 凝土即可， 而没有必要采用高强混凝土。这就带来 了一个问题 ： 板柱节点 的混凝土是应该随着柱子采 用高强混凝土还是应该随着楼板采用普通混凝土? 目前通常的做法是 ， 板和节点区的混凝土分别浇 筑 ， 即核心区的高强混凝土先浇 ， 然后浇板的普通混 凝土， 不留施工缝。采取插木条的方式挡住预先浇 灌的高强混凝土， 在后浇混凝土落人后抽出木条 ， 通 过振捣形成整体。这种办法不受施工单位的欢迎， 因为浇筑到最后几个节点时 ， 可能 已超过混凝土 的 初凝时间， 不便于施工管理和保证施工质量 。因此， 需要寻求一种处理高强混凝土柱的板柱节点 的合理 设计与施工方法 。 收稿 日期 ： 2 0 0 8 - 0 9 - 2 2 作者简介： 季光耀( 1 9 7 1 一) ， 男， 浙江云和人， 讲师， 研究方向： 废弃 混凝土回收循环利用、 建筑结构及力学。 基金项 目： 浙 江省建设厅资助项 目 Ema i l ： l s j i g y 1 6 3 a o m 一 种 比较合理的想法是 ， 板和节点核心区统一 采用与板相同等级的普通混凝土。这种方法有一定 的道理 ， 因为虽然核心区采用较柱子强度低 的混凝 土 ， 但是 由于节点核心区受到上、 下柱和板的约束作 用 ， 处于三向受压状态 ， 这样 ， 混凝土的表现强度将 会高于其实际强度。国内外已有较多关于这种情况 下节点核心区受力性能的研究 ， 不 同的研究者提 出 了不同的节点混凝土表现强度计算公式。 1 板柱节点 混凝土表现 强度计算公 式综述 1 1 B i a n c h i n i 公 式 1 9 6 0年， 美国学者 B i a n c h i n i 等人 首先进行 9 个不同强度板柱角节点轴压承载力的研究 。试验结 果表明， 由于高强混凝土柱、 节点周围楼板混凝土的 约束， 导致节点核心区 昆 凝土的表现强度较其实际 强度增加较多。基于其试验结果提出的核心区混凝 土表现强度计算公式为： 。= 1 。 ) ( 1 ) 厶 = 0 6 + 0 3 。 。 ( 。 l _ 。 ) ( 2 ) 式中 。 节点混凝土的表现强度， M P a ； 。 柱和楼板混凝土的强度 ， M P a 。 1 2 K a y a n i 公式 K a y a n i L 3 进行了 2个不同强度板柱角节点轴 季光耀 ： 高强混凝土柱普通混凝土板角节点核心混凝土的表现强度 2 1 3 压试验 ， 研究 了柱的纵筋数量对节点 核心 区混凝土 表现强度的影响， 结果发现， 增加纵向钢筋配筋率作 用不大。结合 B i a n c h i n i 等人 的研究 ， K a y a n i 提出 了基于复合材料力学理论的核心混凝土表现强度公 式为 厂 e p = 8 J c cJ cs ( 3 ) 1 3 S i a o公式 S i a o 仔 细分析 了 B i a n c h i n i 等人 的试 验资 料， 建立了拉一压杆系统产生约束应力的分析模型， 考虑了板中水平钢筋的贡献， 提出的计算模型为 ， A = 。+ 2 5 等 ( 4 ) 式中厂 v ， A 穿过节点核心 区纵筋 的屈服强 度 和面积 ； 楼板的厚度 ； c 柱 的截面高度。 1 4 舒传谦公式 舒传谦 考虑 了高强混凝土柱 的约束作用， 上、 下柱传来的荷载在板中的扩散作用以及板中水 平钢筋的约束作用， 提出了如下的计算公式： p = e+ 。 一 ) ( 5 ) 上式中， 各项强度为圆柱体抗压强度， 对于立方 体强度应为 = +4 0 7h c 0 3 一1 l 。 ) ( 6 ) J p J 。 +U 。 。 。 ， ， 式中)l 楼板的厚度 ； c 柱的截面高度。 1 5 L e e 公式 L e e 【 6 完成了 6个不 同强度板柱边节点轴压 承 载力试验， 主要研究了楼板厚度与柱截面高度比值 的影响， 基于试验结果， 采用砌体一砂浆比拟方法， 建议了如下的计算公式 ： 厶 = ( 7 ) 式 中 ， 一 二 一 ( 3 6 1 7 h c ) 4 1 o l = C 式中 。 为柱高强混凝土的抗拉强度， M P a 。 1 6 美国规范( A C I ) 公式 美国混凝土协会 ( A C I ) 规范 在 B i a n c h i n i 等 人 试验结果的基础上， 采用下式来计算板柱角节 点的表现强度 ： 厂 c n ： ( 厂 c 。 1 ) ( 8 ) 。= 1 ) ( 9 ) 自1 9 6 3年以来 ， 在 A C B1 8 规范中， 其计算公式 基本没有变化 。 1 7 加拿大规范 ( C S A) 公式 加拿大 ( C S A1 9 9 4 ) 规 范 参考 了 B i a n c h i n i 等 人 的试验结果和美国混凝土协会( A C I ) 规范 引， 采用如下的计算公式： 厂 c 。 = 。 ( 1 O ) 2不同公式的对比分析 为了对不同计算公式的优劣作出合理的评价， 本文根据 B i a n c h i n i 等人 口 的试验 结果 对不 同建议 公式的估算结果进行了对比分析。选择该组试验结 果的原因是 ， 该组结果是 A C I 规范和 C S A规范的基 础， 同时， 其柱板混凝土强度比较适合于我国目前的 情况。详细比较分析结果见表 1 。 表 1 试验结果与计算结果的对比 Ta b l e 1 Ex p e r i me n t a l r e s u l t s a n d c o mpa r i s o n o f c a l c n l a t e d r e s u l t s ( 下转第 2 1 6页) 2 l 6 四川建筑科学研究 第 3 6卷 ( 3 ) 施涂改性有机硅防水剂的混凝土的 2 8 d标 准碳化深度 比未施涂的减少 89 n l n 。 及应用 ， 1 9 9 9， 1 3 ( 4 ) ： 2 3 - 2 4 4 E r n s t K， T e a n F M e t h o d a n d s i l ane s a n d o r s il o x ane f o r w a t e r - 综上所述 ， 在混凝土表 面均匀施涂两道改性有 机硅防水剂 ， 不仅可改善混凝土表面质量 ， 同时也能 5 2 大幅度提高 昆 凝土耐久性， 延长混凝土及钢筋混凝 土结构的寿命 。 参 考 文 献 ： 1 2 3 S o m m e r H 冯乃谦， 等译 高性能混凝土的耐久性 M 北京： 科学出版社 ， 1 9 9 8 ： 2 - 4 刘 晓娟 ， 等 有 机硅 防水处理技术及其在混 凝土结构 中的应 用 J 综述与论坛， 2 0 0 4 ， ( 1 0 ) ： 4 1 O 肖 燕平， 聂昌颉 有机硅防水剂的制备及应用 J 有机硅材料 6 7 p r o o fin g mi n e r a l ma t e r i als tr u c tur e s ， e s p e c i a ll y e o n e r e t e s t rn e t u ms ， a n d ri s e o f t h e m e t h o d PC T I n t A p p l ： W 0 9 5 2 5 7 0 6 6 1 9 9 5 W e i s s e n b a c h K， S t a n d k e B A n t i g r a f fi t i a n d e a s y t o c l e a n p r o p e r - t i e s o n p o r o u s mi n e r a l s s u rfa c e s a r e a c h i e v e d b y u s i n g wa t e r b o rn e l l u o ma l k y l s i l a n e s y s t e ms 3 r d I n t e rna t i o n a l Co n f e r e n c e o n S u rf a c e T e c h n o l o g y wi t h W a t e r Re p e l l e n t Ag e n t s ， Ae d i fi c a t i o P u b H s h e ， 2 0 0 1 ， ( 2 )： 5 7 -2 6 4 Ta e s o o n P a r k Ap p l i e a t i o n o f c o n s t r u c tio n a n d b u i l d i n g d e b ris a s b a s e a n d s u b b a s e m a t e ri a l s i n ri g i d p a v e m e n t J J o u rn al o f T r a n s po r t a fi o n En g i n e e rin g S e p Oe t 2 0 0 3 Vo 1 1 2 9，P g 5 5 8 黄洁， 李周波， 张松 混凝土结构的耐久性措施 J 腐蚀 与防护 ， 2 0 0 5 ， 3 ( 3 )： 2 1 2 9 - 2 1 3 2 ( 上接 第 2 1 3页) 根据以上计算分析结果可以发现， A C I 规范公 式和C S A规范公式最为稳健， 而舒传谦公式略偏于 不安全； S i a o公式计算结果与试验结果较为吻合。 从设计的角度来讲， A C I 规范公式和 C S A规范公式 安全 陛较高 ， 而 S i a o公式 比较适用于该类构件 的数 值分析。但是需要注意， 由于公式中各强度项均为 圆柱体抗压强度， 用于我国的分析设计时， 尚需转化 为立方体抗压强度 。 3 结论 本文对国外高强混凝土柱与普通混凝土板角节 点核心混凝土表现强度计算公式进行了综述与对比 分析， 初步了解了这些公式的安全水准， 可供设计该 类结构时参考。 参 考 文 献 ： 1 程懋婪高强混凝土柱的梁柱节点处理方法 J 建筑结构， 2 3 4 5 6 7 8 9 2 0 0 1 ， 3 1 ( 5 ) ： 3 - 5 ， 1 8 Bi a n c h i n i A C， Wo o d s R E， Ke s l e r C EE ffe c t o fflo o r c o n c r e t e s t r e n g t h O n c o l u m n s t r e n g t h J A C I J o u r n a l ， 1 9 6 0 ， 3 1 ( u) Ka y a n i L o a d t r a n s f e r f r o m h i g h s t r e n gth c o n c r e t e c o l u mn s t h reug h l o w e r s t r e n g t h c o n c re t e s l a b s D P h D t h e s i s ， U n i v e r s i t y o f m i o n s a Ur b a n a Ch a mp a i g n， 1 9 9 2 S i a o W B Re i n f o r c e d C o n c ret e c o l u mn s t r e n gth t b e a m s l a b a n d c o l u m n i n t e rs e c t i o n J A C I S t r u c t u r a l J o u rn a l ， 1 9 6 0 ， 6 5 ( 1 ) 舒传谦 多层建 筑不等 强度混凝 土轴心受 压柱承 载能力计 算 J 建筑结构， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 1 ) ： 3 - 7 L e e S C Me n d i s P Be h a v i o r o f h i【g h s t r e n gth c o n c r e t e c o rne r c o l u m n s i n t e rse c t e d b y w e a k e r s l abs w i th d iff e ren t t h i c k n e s s J A C I S tr u c t u r a l J o u r n a l ， 2 0 0 4 ， 1 0 1 ( 1 ) ACI c o mmi t t e e 3 1 88 9： B u i l d i n g Cod e Re q u i r e me n t s for S t r u c t u r - a l C o n c re t e and C o m m e n t a r y 【 S A m e ri c a n C o n c r e t e I n s t i t u t e ， Mi c h， 1 9 8 9 AC I c o mmi e e 31 80 2： Bu i l d i n g Cod e Re q u i r e me n t s for S t rnc tur - a l C o n c re t e and C o m m e n t a r y S A m e ri c a n C o n c re t e I n s t itu t e ， Mi c h ， 2 0 0 2 C S A A 2 3 39 4 D e s i gn o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s S C ana d i a n S t anda r d s As s o c i a t i o n， Re x d ale， Ca n a d a， 1 9 9 4