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随着我国房地产业的高速发展,异形柱结构体系被广泛采用,Z形截面柱在工程中的应用也日趋增多。但是在刚出台不久的异形柱行业标准《混凝土异形柱结构技术规程》(JGJ 149-2006)中还未将Z形柱、“一”字形柱列入。目前对Z形柱、“一”字形柱的试验研究还相对较少,所以相关的结论也不多。本文针对Z形截面柱沿中间肢方向受水平力条件下的抗剪特征进行了试验研究,重点考察了在压、弯、剪(扭)作用下Z形截面构件的受剪性能,以期进一步揭示Z形截面柱的受剪破坏机理、构件抗剪承载力及其影响规律。
本文首先通过实验现象,对Z形截面柱受力过程中的裂缝开展情况以及最终破坏形态做了详细阐述,深入分析了构件的开裂荷载、极限荷载以及构件中箍筋应变、纵筋应变、最大弯距处的位移等随外荷载增加的变化特点。初步得出了柱轴压比、配箍率对构件抗剪承载力的影响规律。在试验结果基础上,运用ANSYS有限元程序对相同荷载约束条件下的试验构件进行了数值模拟,确定了可用来分析此类构件的数值模型。而后,采用经实验检验的有限元模型,拓宽了主要影响因素的分析范围,进一步分析了柱轴压比、配箍率、配筋率以及剪跨比等因子对试件抗剪承载力的影响规律。在试验结果以及数值模拟结果的基础上,得出了在竖向荷载不变的前提下,水平力(惯矩小的工程轴方向)作用下破坏的Z形截面柱抗剪承载力的计算公式,经计算与试验值、模拟值均吻合较好。
最后,对Z形截面柱一榀框架进行模拟,模拟结果表明Z形截面柱在一榀框架中的破坏形态和裂缝开展情况与单个柱构件的结果吻合较好,说明Z形柱在结构中的压剪受力特性与单个柱构件的受力特性是一致的。