论文部分内容阅读
【摘 要】異形柱结构是近年来发展迅速，并在住宅设计中广泛应用的一种良好结构形式。目前国内外研究者对异形柱构件抗震性能的试验研究较为深入，故总结国内外异形柱结构抗震性能方面的研究成果，探讨其中的不足之处，并提出相关的一些关键问题及建议，为今后的理论研究提供思路。
【关键词】异形柱；抗震性能；框架结构
一、异形柱结构研究的背景及可行性
我国属于土地资源紧缺的国家，建房建设用地利用率低，提高土地使用效率成为亟待解决的问题。异形柱的截面形式主要为T形、L形或者十字形，它多用于框架结构。与一般的框架柱相比异形柱有效的提高了室内使用面积，因其柱肢隐于墙体内，大大节省了建筑空间，传统框架柱的缺陷得以解决。异形柱其特殊的截面形式已无法再用普通柱的方法来进行计算与分析，抗震性能和一般柱也有所不同，因此许多问题尚有待解决。但是对于异形柱结构的研究从未停止过努力。
二、异形柱结构国内的研究现状
（一）异形柱正截面承载力的研究
清华大学、天津大学等一些科研单位对异形柱进行了正截面承载力特性研究，主要结论为：从加载开始直到破坏，异形柱结构的截面平均应变基本符合平截面假定；截面中和轴一般不与弯矩作用平面垂直，也不与截面边缘平行，其位置随混凝土强度、配筋及荷载角、截面尺寸等因素的变化而变化[1]～[5]；其破坏形态可分为界限破坏、大偏压破坏和小偏压破坏；根据曹万林教授等人的研究，对于异形柱的承载力有较大影响的是轴压比与加载角；应采用最不利荷载角方向的承载力作为控制因素；对于异形柱的正截面承载力的提高可以通过配置暗柱的形式等等[6]。
（二） 异形柱斜截面承载力的研究
同济大学等单位对异形柱进行了抗剪承载力特性研究，对22根T行柱、44根L形柱和6根字形柱的受剪承载力、斜截面破坏等进行了分析。试验结果表明：T形和L形截面框架柱受反复加载、广义剪跨比、配箍率及轴压力的影响与矩形截面框架柱相近；L形截面柱在反复加载时混凝土与腹板内纵筋之间的粘结破坏现象非常严重，使得试件的变形能力和受剪承载力降低；在横向荷载作用下L形截面柱存在附加扭矩作用，相比T形截面柱L形截面柱的粘结破坏较较为严重；T形和L形的受剪破坏特征均为受剪斜裂缝，主要发生在腹板处，而翼缘的存在降低了砼主拉应力，使斜裂缝受到抑制；对于L形框架柱来说，影响其变形和受剪承载力的重要因素是弯矩比，受剪承载力最低时界限反弯点不在柱中点；T形截面柱的受剪承载力随水平荷载作用方向而变化；T形试件斜裂缝的分布与矩形柱的不同，其压端翼缘的混凝土压碎区与矩形柱也有所差别；相对于矩形截面柱来说，T形截面柱的极限受剪承载力要高，所以受压翼缘的有利作用应在计算中考虑周到[7]。根据试验的结果，给出了异形柱抗剪承载力的计算公式。
三、异形柱结构国外研究现状
在二十世纪七十年代美国学者Joaguln Marin[8]进行了第一个钢筋混凝土L形短柱的全过程分析，通过对大量L形短柱试验和理论研究，提出一套计算图表，供设计人员使用。M.Kawakami[9]， Dundar c.Sahin B[10]和Y.Yau.S.l.Chan、 A.K.W.So[11]分别研究了任意截面钢筋混凝土柱的双向偏压状态，分析了采用普通钢筋及预应力钢筋时的极限强度、开裂等受力状态。给出了异形柱的最小配筋率，并且作出了非对称截面的配筋相关曲线（Mx一My），因此保证此种混凝土构件安全且经济的进行正常工作。Hsu.cheng-Tzu Thomas先后对双向偏压的T形、L形和槽形截面的钢筋混凝土柱进行了试验和理论研究，分别采用普通混凝土、粉煤灰混凝土和高强混凝土制作构件，最后归纳出荷载等值线图和强度相关曲线。
四、结语与展望
异形柱框架结构的受力特点不同于传统矩型柱框架结构，若采用空间杆系模型，可更细致地描述结构受力状况，从而可找出结构各杆单元屈服顺序，确定结构破坏机制；第二就是异形柱柱肢较薄，柱中增设暗柱会造成施工不便，质量得不到保证，采用端部配筋加强的方案更加合理。
参考文献：
[1]高云海，钢筋混凝土 T 形截面双向压弯构件正截面强度、延性及滞回特性的试验研究[D][硕士学位论文]，天津大学，1993
[2]翁维素，高强约束混凝土 T 形截面双向压弯构件的研究[D][硕士学位文]. 天津大学，1997
[3]陈谦等. 双向偏心受压 L 形截面柱的计算[J]. 华南理工大学学报，1995 （1）：62～67
[4]王丹，黄承逵，刘明等，异形柱双偏压构件正截面承载力试验及设计方法研究[J]，建筑结构学报，2001，22（5） ：36～42
[5]姚俊淦，江见鲸，异形柱双向偏心受压正截面承载力分析及程序设计[J] ，力学与实践，2001，23：20～23
[6]曹万林，胡国振，崔立长等，钢筋混凝土带暗柱异形柱抗震性能试验及分析[J] ，建筑结构学报，2002，23（1） ：16～21
[7]吴建营， 异形截面柱在低周反复荷载作用下的抗剪性能试验与理论研究[D][硕士学位论文]，同济大学，2001
[8]Joaguin Marin. Design Aids for L-shaped Reinfored Concrete Cloumns. ACI Structural Journal，November，1979，pp1197-1216.
[9]M.Kawakami.Limit States of Cracking and Ultimate Strength of Arbitrary Concrete Sections under Biaxial Bending. ACI Structural Journal， March-April， 1985.
[10]Dundar C.sahin B. Arbitrarily shaped Reinforced Concrete Members Subject to Biaxial Bending and Axial Load. Computer and Structures， 1993，44（4）.
[11]C.Y.Yau.S.L.Chan，A.K.W.So. Biaxial Bending Design of Arbitrarily Shaped Reinforced Concrete Column. ACI Structural Journal May-June， 1993，pp269-278.
【关键词】异形柱；抗震性能；框架结构
一、异形柱结构研究的背景及可行性
我国属于土地资源紧缺的国家，建房建设用地利用率低，提高土地使用效率成为亟待解决的问题。异形柱的截面形式主要为T形、L形或者十字形，它多用于框架结构。与一般的框架柱相比异形柱有效的提高了室内使用面积，因其柱肢隐于墙体内，大大节省了建筑空间，传统框架柱的缺陷得以解决。异形柱其特殊的截面形式已无法再用普通柱的方法来进行计算与分析，抗震性能和一般柱也有所不同，因此许多问题尚有待解决。但是对于异形柱结构的研究从未停止过努力。
二、异形柱结构国内的研究现状
（一）异形柱正截面承载力的研究
清华大学、天津大学等一些科研单位对异形柱进行了正截面承载力特性研究，主要结论为：从加载开始直到破坏，异形柱结构的截面平均应变基本符合平截面假定；截面中和轴一般不与弯矩作用平面垂直，也不与截面边缘平行，其位置随混凝土强度、配筋及荷载角、截面尺寸等因素的变化而变化[1]～[5]；其破坏形态可分为界限破坏、大偏压破坏和小偏压破坏；根据曹万林教授等人的研究，对于异形柱的承载力有较大影响的是轴压比与加载角；应采用最不利荷载角方向的承载力作为控制因素；对于异形柱的正截面承载力的提高可以通过配置暗柱的形式等等[6]。
（二） 异形柱斜截面承载力的研究
同济大学等单位对异形柱进行了抗剪承载力特性研究，对22根T行柱、44根L形柱和6根字形柱的受剪承载力、斜截面破坏等进行了分析。试验结果表明：T形和L形截面框架柱受反复加载、广义剪跨比、配箍率及轴压力的影响与矩形截面框架柱相近；L形截面柱在反复加载时混凝土与腹板内纵筋之间的粘结破坏现象非常严重，使得试件的变形能力和受剪承载力降低；在横向荷载作用下L形截面柱存在附加扭矩作用，相比T形截面柱L形截面柱的粘结破坏较较为严重；T形和L形的受剪破坏特征均为受剪斜裂缝，主要发生在腹板处，而翼缘的存在降低了砼主拉应力，使斜裂缝受到抑制；对于L形框架柱来说，影响其变形和受剪承载力的重要因素是弯矩比，受剪承载力最低时界限反弯点不在柱中点；T形截面柱的受剪承载力随水平荷载作用方向而变化；T形试件斜裂缝的分布与矩形柱的不同，其压端翼缘的混凝土压碎区与矩形柱也有所差别；相对于矩形截面柱来说，T形截面柱的极限受剪承载力要高，所以受压翼缘的有利作用应在计算中考虑周到[7]。根据试验的结果，给出了异形柱抗剪承载力的计算公式。
三、异形柱结构国外研究现状
在二十世纪七十年代美国学者Joaguln Marin[8]进行了第一个钢筋混凝土L形短柱的全过程分析，通过对大量L形短柱试验和理论研究，提出一套计算图表，供设计人员使用。M.Kawakami[9]， Dundar c.Sahin B[10]和Y.Yau.S.l.Chan、 A.K.W.So[11]分别研究了任意截面钢筋混凝土柱的双向偏压状态，分析了采用普通钢筋及预应力钢筋时的极限强度、开裂等受力状态。给出了异形柱的最小配筋率，并且作出了非对称截面的配筋相关曲线（Mx一My），因此保证此种混凝土构件安全且经济的进行正常工作。Hsu.cheng-Tzu Thomas先后对双向偏压的T形、L形和槽形截面的钢筋混凝土柱进行了试验和理论研究，分别采用普通混凝土、粉煤灰混凝土和高强混凝土制作构件，最后归纳出荷载等值线图和强度相关曲线。
四、结语与展望
异形柱框架结构的受力特点不同于传统矩型柱框架结构，若采用空间杆系模型，可更细致地描述结构受力状况，从而可找出结构各杆单元屈服顺序，确定结构破坏机制；第二就是异形柱柱肢较薄，柱中增设暗柱会造成施工不便，质量得不到保证，采用端部配筋加强的方案更加合理。
参考文献：
[1]高云海，钢筋混凝土 T 形截面双向压弯构件正截面强度、延性及滞回特性的试验研究[D][硕士学位论文]，天津大学，1993
[2]翁维素，高强约束混凝土 T 形截面双向压弯构件的研究[D][硕士学位文]. 天津大学，1997
[3]陈谦等. 双向偏心受压 L 形截面柱的计算[J]. 华南理工大学学报，1995 （1）：62～67
[4]王丹，黄承逵，刘明等，异形柱双偏压构件正截面承载力试验及设计方法研究[J]，建筑结构学报，2001，22（5） ：36～42
[5]姚俊淦，江见鲸，异形柱双向偏心受压正截面承载力分析及程序设计[J] ，力学与实践，2001，23：20～23
[6]曹万林，胡国振，崔立长等，钢筋混凝土带暗柱异形柱抗震性能试验及分析[J] ，建筑结构学报，2002，23（1） ：16～21
[7]吴建营， 异形截面柱在低周反复荷载作用下的抗剪性能试验与理论研究[D][硕士学位论文]，同济大学，2001
[8]Joaguin Marin. Design Aids for L-shaped Reinfored Concrete Cloumns. ACI Structural Journal，November，1979，pp1197-1216.
[9]M.Kawakami.Limit States of Cracking and Ultimate Strength of Arbitrary Concrete Sections under Biaxial Bending. ACI Structural Journal， March-April， 1985.
[10]Dundar C.sahin B. Arbitrarily shaped Reinforced Concrete Members Subject to Biaxial Bending and Axial Load. Computer and Structures， 1993，44（4）.
[11]C.Y.Yau.S.L.Chan，A.K.W.So. Biaxial Bending Design of Arbitrarily Shaped Reinforced Concrete Column. ACI Structural Journal May-June， 1993，pp269-278.