抬柱梁设置附加吊筋分析_王明.pdf

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1、四川建筑第 34 卷 3 期2014.06抬柱梁设置附加吊筋分析王明，杨健兵，卫江华，李法冰(成都基准方中建筑设计有限公司，四川成都 610031)【摘要】实际工程中，梁上生柱的做法比比皆是，但生柱梁是否需要设置附加吊筋，一直颇有争议。文章在充分收集整理相关权威资料的前提下，运用大型通用有限软件 ABAQUS 加以分析对比论述，得到较为合适的做法结论。【关键词】抬柱梁;横向钢筋;附加吊筋【中图分类号】TU398.7【文献标志码】A 定稿日期 201310281抬柱梁的种类实际工程中，抬柱梁梁上生柱的做法比比皆是，见下图 1所示。常见的有以下六类:(1)裙房框架柱因建筑需求(占车位或车道等)，从

2、地下室顶板梁上生柱。(2)构筑物(小区大门、钟楼等)及附属用房框架(垃圾房、门卫房等)立柱无需穿越地下室，从地下室顶板梁上生柱。(3)构架构件因造型所处位置需要，从屋面梁上生柱。(4)别墅、会所等坡屋面较为复杂的多层结构因支撑坡屋面需要，从下层梁上生柱。(5)楼梯、坡道依需要，梁上生梯柱或梁上柱。(6)其他建筑内部结构少量需求，梁上生柱。因转换结构中的抬柱梁截面一般较高，钢筋配置形式有特殊要求，并且应按壳单元进行计算分析，此处不予论述。图 1梁上生柱示意图抬柱梁是否需要设置附加吊筋，一直颇有争议。本文在充分收集整理相关权威资料的前提下，运用大型通用有限软件 ABAQUS 加以分析、对比论述，以

3、期得到较为合适的做法结论。2相关权威资料整理2.1 混凝土结构设计规范1 第 9.2.11 条明确了设置附加横向钢筋的前提为“位于梁下部或梁截面高度范围内的集中荷载”，条文说明说明了设置的机理为“当集中荷载在梁高范围内或梁下部传入时，为防止集中荷载影响区下部混凝土的撕裂及裂缝，并弥补间接加载导致的梁斜截面受剪承载力降低，应设置附加横向钢筋。试验研究表明，当梁受剪箍筋配筋率满足要求时，计算设置的附加横向钢筋能较好的发挥承剪作用，并限制斜裂缝及局部受拉裂缝的宽度”。2.2 全国民用建筑工程设计技术措施结构2 第 9.3.3 条补充了说明“当梁上托柱时，则无需配置上述附加钢筋”。2.3 全国民用建筑

4、工程设计技术措施结构/混凝土结构34 第 4.3.7 条补充了说明“箍筋和吊筋均可以用于承担集中荷载，但最好采用箍筋，这样不仅可以满足受力要求，而且施工更方便”。2.5 混凝土结构构造手册(第三版)6 默认不采用附加横向钢筋的论述有“一般梁的荷载作用于其顶部，引起的荷载效应由抗弯、抗剪承载力解决，但当集中荷载作用于梁的下部或截面高度范围内时，就容易产生局部拉脱问题”。3机理研究采用通用有限软件 ABAQUS 对梁上部/下部受集中荷载工况进行实体有限元分析(图 2)。混凝土采用 C30，采用混凝土结构设计规范1 中附录 C 中的单轴应力应变本构模型(图 3、图 4)，钢材采用简化双折线模型(图

5、5)，均应用材料强度设计值。混凝土特性值见表 1。表 1混凝土特性值一览表密度/(gm3)弹性模量/MPa泊松比抗压强度/MPa抗拉强度/MPa2431040.314.31.43分别建立钢筋与混凝土有限元模型，钢筋采用线单元模型，分别建立纵筋、箍筋、附加箍筋与附加吊筋后，合并成钢筋网架，再嵌入混凝土实体模型中，共同受力(图 6、图 7)。图 8 为梁上受力(图 8a)与梁中受力(图 8b)两类工902 工程结构 四川建筑第 34 卷 3 期2014.06图 2ABAQUS 中混凝土材料特性定义图图 3混凝土单轴受压应力应变曲线图 4混凝土单轴受拉应力应变曲线图 5双折线钢筋本构关系况的竖向应力

6、云图。结果显示:荷载施加在梁的腹部或下部，使得荷载位置以上部分的梁段内存在受拉的竖向正应力(y0)，恰好与梁顶施加荷载产生竖向压应力(y0)的情况相反，文献 7 亦同意此观点。虽然其他应力的变化不大，但是竖向正应力的变号足以对构件的破坏形态和极限受弯剪承载力发生很不利的影响8 9。(a)(箍筋+纵筋)三维有限元模型(b)(箍筋+纵筋+附加箍筋)三维有限元模型(c)(箍筋+纵筋+附加吊筋)三维有限元模型图 6钢筋三维有限元模型(a)梁下受力简化三维有限元模型012 工程结构 四川建筑第 34 卷 3 期2014.06(b)梁中受力简化三维有限元模型(c)梁上生柱简化三维有限元模型图 7简化三维有

7、限元模型(a)梁上受力(梁抬柱)(b)梁中受力图 8竖向应力云图可将局部集中荷载作用在梁下部或梁截面的高度范围内引起拉脱裂缝状况简化为图 9 所示情况，因此，必须配置吊筋，将荷载吊挂在构件的上部，文献 10 亦有此论述。图 9拉脱裂缝示意图当集中荷载作用于梁下部时，图 10、图 11 为混凝土横向与竖向应力云图，可见，设置吊筋后，上述应力区域及峰值均有所降低。图 12 为钢筋应力对照图，钢筋应力峰值也有一定减小。当集中荷载作用于梁上部时，图 13、图 14 为混凝土横向与竖向应力云图，可见，设置吊筋后，上述应力区域及峰值均有所增大。图 15 为钢筋应力对照图，钢筋应力峰值有较大幅度减小。(a)

8、未加吊筋(b)加吊筋图 10混凝土横向应力云图(MPa)(a)未加吊筋(MPa)(b)加吊筋图 11混凝土竖向应力云图(MPa)112 工程结构 四川建筑第 34 卷 3 期2014.06(a)未加吊筋(b)加吊筋图 12钢筋横向应力云图(MPa)(a)未加吊筋(b)加吊筋图 13混凝土横向应力云图(MPa)(a)未加吊筋(MPa)(b)加吊筋图 14混凝土竖向应力云图(MPa)(a)未加吊筋(b)加吊筋图 15钢筋横向应力云图(MPa)4结论(1)荷载施加在梁高范围或梁下时，在荷载位置上部梁内出现竖向拉应力。依据文献 6、文献 7知:此拉应力对构件的破坏形态和极限弯剪承载力发生很不利影响。(

9、2)当梁下部或梁截面高度范围内受集中荷载时，附加吊筋能够缓解混凝土的各向应力，纵向钢筋峰值应力亦有所降低。(3)当梁上受集中荷载时，增设附加吊筋反而增大混凝土的各向峰值应力，但纵向钢筋峰值应力有较大减小。上述分析说明:吊筋能够增强上下纵筋间的联系，能够缓解钢筋网的应力峰值。但当集中荷载位于梁上部时，增设吊筋反而增大了混凝土各项峰值应力，鉴于混凝土材料的脆性及低抗拉强度，建议梁抬柱不增设吊筋。参 考 文 献 1GB 500102010 混凝土结构设计规范S 2 2009 JSCS21 全国民用建筑工程设计技术措施结构S 3 2009 JSCS21 全国民用建筑工程设计技术措施结构(混凝土结构)S

10、 4 2009 JSCS21 全国民用建筑工程设计技术措施结构(混凝土结构)S2012 年版 5徐有邻，周氐 混凝土结构设计规范理解与应用M 北京:中国建筑工业出版社，2002 6过镇海 钢筋混凝土原理M 3 版 北京:清华大学出版社，2013 7TAYLO Some shear tests on reinforced concretebeams withoutweb reinforcedJ Magazine of Concrete eserch，1960 8重庆大学建筑工程学院土木系 间接加载钢筋混凝土梁抗剪强度C/中国建筑科学研究研究 钢筋混凝土结构研究报告选集(2)北京:中国建筑工业出版社，1981 9徐有邻 混凝土结构设计原理及修订规范的应用M 北京:中国建筑工业出版社，2012212 工程结构