混凝土强度对异形柱下扩展基础冲切性能影响研究

混凝土强度对异形柱下扩展基础冲切性能影响研究

陈金梅

北京环球影城主体公园项目北京100000

摘要：扩展基础的冲切破坏是指在基础板的弯剪区域先出现斜裂缝，斜裂缝不断向上扩展，最后柱连同一个冲切锥与基础板脱离，此时弯曲钢筋没有屈服，破坏非常突然且毫无征兆，破坏前没有形成一个完整的屈服机构，属于脆性破坏，造成的后果非常严重。因此，在对扩展基础进行设计时，首先要对其抗冲切性能进行研究。

关键词：异形柱；扩展基础；冲切承载力

引言

冲切破坏是扩展基础最常见的破坏形式之一，由于冲切破坏属于脆性破坏，破坏前没有征兆，因此工程中应避免楼板或基础发生冲切破坏。影响冲切破坏的因素很多，如基础板的厚度、配筋率、荷载作用区域、混凝土强度等，其中混凝土强度是最主要的影响因素，因此，国内外规范在计算基础的冲切承载力时都把混凝土强度作为主要变量或唯一变量进行考虑

1.混凝土强度对异形柱下扩展基础冲切性能影响

最适合现代社会居住要求的房屋设计，应该具有空间大，布置灵活，并且室内空间有效利用率大和科学的采光通风。如果把柱的截面设计成“L”，“T”及“+”字形，使填充墙与柱肢同厚，房间不出现凸出柱子的棱角，大大提高空间利用率以便于家具的布置。由于承重构件为柱子，截面小，有利于采光和通风。随着社会的不断发展和土地的高效利用，高层建筑日益增多，钢筋混凝土框架体系的高层建筑结构，当楼层超过一定层数柱子截面面积很大，否则将不满足规范规定的轴压比的要求和侧移限制，住宅使用空间被大大减小，并且影响美观。而现在常见的剪力墙体系的高层建筑结构，虽然具有较好的抗震能力，并且空间没有棱角，较为美观并且使用方便，但是很难分割形成较大的空间，更主要的是造价明显提高。混凝土强度越高，混凝土自身的脆性特征越明显。所以SRC异形柱延性随着混凝土强度的提高而降低，但降低程度不是很明显。若想利用高强度的混凝土来提高整个SRC构件的承载力，必须加强其构造措施，使混凝土和型钢能够在高荷载作用下，较好的共同工作。异形柱是指截面特征为“T”、“L”、“十”形柱的简称。异形柱框架结构是指柱的截面形式全部或者部分采用“T”、“L”、“十”形截面的框架结构。这种结构体系实质上是框架结构，但和传统的矩形截面框架结构又有所区别，如柱截面的肢宽比肢厚大于4，就成为实际工程中的短肢剪力墙结构。

2.钢筋混凝土异形柱的延性比普通矩形柱差

异形柱由于多肢的存在，其剪力中心与截面形心往往不重合，在受力状态下，各肢产生翘曲正应力和剪应力。由于剪应力使柱肢混凝土先于普通矩形柱出现裂缝，即产生腹剪裂缝，导致异形柱脆性明显，使异形柱的变形能力比普通矩形柱降低。为了房屋不出现棱角美观，异形柱被设置成“T”、“L”、“十”型，并且为了与填充墙平齐，肢厚一般被设计为200mm、240mm宽。截面的面积和受力特性，相对于矩形柱被大打折扣，正截面、斜截面的承载能力以及节点的抗剪承载能力比矩形柱相对要低，延性较矩形截面柱差，特别是梁柱节点区截面较小，故导致抗剪承载力不足，这些都是异形柱结构体系抗震性能的薄弱环节。当梁宽与柱肢厚度等宽，这就在节点处形成钢筋相互重叠而密集，在梁宽肢厚较小的制约下，钢筋错位不开，节点灌注混凝土不易捣实，极易在施工过程中形成薄弱环节。要将异形柱组成的结构体系更加发扬光大，就急需解决钢筋混凝土异形柱的承载力偏低、轴压比限值小，延性及抗震性能较差，并且施工困难等缺陷。

2.1高强等级的混凝土和更高的含钢量，能够部分解决钢筋混凝土异形柱的承载力和轴压比问题，但治标不治本。这种方法并不能很好的提高构件或是结构延性和抗震能力。从材料层面上讲，钢材是较理想的建筑材料，与混凝土相比，钢材的承载力高，延性好，具有更好的抗震耗能能力。

2.2混凝土强度越高，混凝土自身的脆性特征越明显。所以SRC异形柱延性随着混凝土强度的提高而降低，但降低程度不是很明显。若想利用高强度的混凝土来提高整个SRC构件的承载力，必须加强其构造措施，使混凝土和型钢能够在高荷载作用下，较好的共同工作。弯曲破坏。剪跨比较大，配钢形式合理的情况下一般发生此类破坏，此破坏主要以弯曲为主，伴随剪切破坏。轴压比较小的构件，一般表现为受拉破坏，主要表现为：首先出现横向裂缝，横向裂缝随着荷载的不断增大而不断发展，逐渐贯通横截面，主要以受拉钢筋屈服表示构件达到极限承载力。但是在轴压比较大的情况下，构件主要以混凝土被压碎破坏认为达到构件承载力。加载初期构件变形较小，因为轴压力很大，不容易产生裂缝，但力过大时，保护层混凝土被压碎并且外鼓退出工作，承载力下降较快直至破坏。

2.3若将混凝土结构与钢结构有机地巧妙结合，通过变形协调使他们二者共同工作，充分发挥各自优势，可以发展出性能优于钢结构和混凝土结构的新型钢-混凝土组合结构体系，产生“一加一大于二”的效果，实现期望的结构性能目标。型钢混凝土矩形柱，在同样荷载作用下，与钢筋混凝土矩形柱相比，一般可减少柱截面面积23%，而增加使用空间；与纯钢柱相比，可节约钢材20%~30%，增加柱刚度，减小柱水平侧移，且防火性能好。型钢混凝土由于在截面中配置了型钢，可使构件承载力、刚度大大提高，因为大大减小了构件的截面尺寸，可增加房屋的有效使用面积。此外，型钢混凝土具有很好的延性和耗能能力，适用于地震区。由此启发我们，在异形柱中配置更多的钢材，可以达到提高承载力及抗震性能的目的。

3.总结

混凝土强度较高的基础板比混凝土强度较低的基础板先出现裂缝，但混凝土强度较低时，板一旦出现裂缝即发生冲切破坏，而当混凝土强度较高时，板在出现裂缝后仍可继续承受荷载，这与实际情况较为一致。在实际工程中强度较低的混凝凝土中骨料的粒径较小，混凝土结构密实度较高，相对于骨料粒径较大的高强度混凝土来说较不易产生裂缝，但低强度基础板一旦开裂即发生冲切破坏，而当混凝土强度增加时，骨料粒径增大，混凝土开裂后骨料之间仍存在摩擦咬合作用，可以继续承受部分荷载，挠度继续增加直至发生冲切破坏。

参考文献：

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[4]杨开.钢筋混凝土板受冲切可靠度分析[D].长沙：湖南大学，2012.

作者简介：陈金梅，女，身份证号码：23012619XXXXXX1222