中欧规范抗震框架柱剪切抗力取值的比较

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【作者】 胡兴  蒋向荣 

【关键词】抗震设计规范 钢筋混凝土 框架柱 抗剪承载力 

【出版日期】2005-04-30

【摘要】对中国与欧洲规范中钢筋混凝土框架柱的抗剪承载力作了比较分析,明确两者之间的剪切抗力取值水平差异,以供研究框架柱抗剪承载力参考。

【刊名】国外建材科技

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钢筋混凝土框架结构的震害实例与地震反应分析表明,由于框架梁的实际抗弯强度可能增大,组合地震作用和高震型使柱中反弯点转移等因素的综合影响,要使柱中完全避免出现塑性铰点是十分困难的,框架柱的破坏比较常见甚至发生脆性剪切破坏,这不仅会引起不稳定问题,还可能导致整个结构物的倒塌,后果不堪设想。文中旨在比较中欧规范抗震框架柱的剪切抗力,明确中国规范剪切抗力相对取值水平和欧洲规范的处理方法,以供研究钢筋混凝土框架柱抗剪承载力参考.1中国规范对抗震框架柱的规定中国规范(GB50010-2002)考虑地震作用组合的框架柱的斜截面抗震受剪承载力应符合下列公式Vc≤1rRE1.05λ+1ftbh0+fyvAsvsbh0+0.056N式中,λ为框架柱的计算剪跨比,当λ<1.0时,取λ=1.0,当λ>3.0时,取λ=3.0,N为考虑地震作用组合的框架柱轴向压力设计值,当N>0.3fcA时,取N=0.3fcA;rRE为承载力调整系数。考虑地震作用组合的框架柱的受剪截面应符合下列条件:剪跨比λ>2的框架柱Vc≤1rRE(0.2βcbh0)剪跨比λ≤2的框架柱Vc≤1rRE(0.15βcbh0)式中,βc为混凝土强度影响系数;当混凝土强度等级不超过C50时,取βc=1.0;当混凝土强度等级为C80时,取βc=0.8;其间按线性内插法确定。2欧洲规范对抗震框架柱的规定欧洲规范Eurocode8考虑到所需滞回耗能能力,对混凝土框架柱构件分为DCL、DCM、DCH3个延性等级,欧洲规范规定框架柱剪切抗力的验算应根据延性等级按规定进行,有剪切配筋截面的剪切抗力,由下列公式给出,对于框架结构抗震柱当抗震等级为DCH、DCM、DCL时,按照如下规范公式计算,考虑100%混凝土的作用Vcs=VRd1+0.9fyvAsvsh0VRd1=161.2+40ρ+NsdAcfctk,0.05bh0式中,fctk,0.05为混凝土下限特征抗拉强度,Nsd为作用设计轴力,NRd1为混凝土剪切抗力,ρ为纵向受拉钢筋配筋率,Ac为混凝土部分截面总面积,欧洲规范规定V≤0.225fcbh0。3中欧规范抗震框架柱剪切抗力取值比较由于影响抗剪承载力的因素很多,中国规范与欧洲规范采用了不同的计算公式,为使公式具有可比性,均采用无量刚变换。取Y=Vcsftbh0X=ρsvfyvft中国规范考虑λ=1和λ=3两种情况,欧洲规范考虑纵向钢筋配筋率取最大值和最小值2种情况。为便于进行比较,将欧洲规范公式中的混凝土强度换算为中国规范的混凝土强度。欧洲规范2规定fctk,0.05=0.7fctm fctm=0.30f2/3cyk式中,fctm为混凝土抗拉强度的平均值。欧共体规范EC2的定义圆柱体抗压强度标准值fcyk与立方体(150mm边长)抗压强度标准值fcuk之间的关系对于不大于C60的混凝土为fcyk=0.8fcuk。中国立方体抗压强度标准值符合国际统一定义,欧共体规范EC2定义的立方体(150mm边长)抗压强度标准值fcuk与我国轴心抗压强度标准值fck之间的关系为fck=0.67fcuk而中国轴心抗压强度设计值fc与标准值fck之间的关系为fc=fck/1.4故fctk,0.05=0.3f2/3c所以单位换算后欧洲规范延性等级为DCH、DCM、DCL的框架梁的抗剪承载力的计算公式分别为Vcs=161.2+40ρ+0.15NsdAc×0.3f2/3cbh0+0.9fyvAsvsh0取框架柱截面尺寸为500mm×500mm,混凝土强度等级为C30,箍筋取HPB235,纵筋取HRB335,N=0.3fcA,rRE=0.85。对抗剪承载力的计算公式进行无量刚变换:中国规范:当λ=1时,Y=1.25X+0.88根据Vc≤1rRE(0.15βcfcbh0)Y≤1.875则Xmax=0.796当λ=3时,Y=1.25X+0.66根据Vc≤1rRE(0.2βcbh0)Y≤2.5,则Xmax=1.472欧洲规范:欧洲规范规定纵向钢筋配筋率的最小值ρmin=0.001,纵向钢筋配筋率的最大值ρmax=0.004(1)当ρ取最小值ρmin=0.001时Y=0.9X+0.4624根据欧洲规范规定V≤0.225fcbh0Y≤2.25则Xmax=1.986(2)当ρ取最值ρmax=0.004时Y=0.9X+0.71根据欧洲规范规定V≤0.225fcbh0Y≤2.25则Xmax=1.711为直观地比较中欧规范钢筋混凝土框架柱剪切抗力取值大小,将以上规范公式绘于图1中。对比可以看出:(1)1≤λ≤2时,中国规范框架柱剪切抗力取值图1中欧规范钢筋混凝土框架柱的剪切抗力取值对比较高;2<λ<3,0<X<1.4时中国规范框架柱剪切抗力取值较高,2<λ≤3,X>1.4时中国规范框架柱剪切抗力取值较低。(2)欧洲规范考虑纵筋的销栓作用有利影响,而中国规范没有考虑。(3)中国规范与欧洲规范皆考虑了轴向力N的作用。(4)欧洲规范对钢筋混凝土框架柱分为DCL、DCM、DCH3个延性等级,中国规范对钢筋混凝土框架柱分为1级、2级、3级、4级4个抗震等级,中国规范与欧洲规范对各等级框架柱皆进行不同的专门规定,以确保这3类延性等级构件具有适当延性。4框架柱剪切抗力算例条件:已知某层框架柱截面尺寸为b×h=500mm×500mm,每侧配置HRB335钢筋6根直径为22mm,As=As′=2281mm2,混凝土强度等级为C25,箍筋等级为HPB235,已配置箍级直径为10mm三肢箍间距@100,考虑地震作用组合该层框架柱轴向压力设计值N=1200kN。求:在不同规范下该框架柱所能承受的剪切抗力。解:中国规范Vcs≤1rRE1.05λ+1ftbh0+fyvAsvsh0+0.056N0.3fcA=892.5×103N<1200×103N根据规范规定:当N>0.3fcA时,取N=0.3fcA,故取N=892.5×103Nλ=Hn2h0=4.78>3规范规定λ>3时,取λ=3Vcs=371.542kN验算截面尺寸:框架柱剪跨比λ=Hn2h0=4.78>278根据规范要求,其斜截面应符合下列要求Vc≤1rRE(0.2βcfcbh0)=644kN>371.452kN满足要求欧洲规范Vcs=16×1.2+40ρ+0.15NsdAc×(0.3f2/3cbh0)+0.9fyvAsvsh0ρ=Asbh0=0.001Vcs=263.005kN从以上计算结果可以看出中国规范剪切抗力取值高于欧洲规范取值。5结论通过对中欧建筑抗震设计规范关于抗震框架柱的剪切抗力公式的分析比较,明确了中国规范钢筋混凝土框架柱的剪切抗力的取值水平,同时对欧洲规范关于抗震框架柱的剪切抗力取值水平的处理方法有所认识。对比表明,总体来说,中国规范钢筋混凝土框架柱的剪切抗力取值水平较高。中欧规范抗震框架柱剪切抗力取值的比较@胡兴$武汉理工大学 @蒋向荣$武汉理工大学抗震设计规范;;钢筋混凝土;;框架柱;;抗剪承载力对中国与欧洲规范中钢筋混凝土框架柱的抗剪承载力作了比较分析,明确两者之间的剪切抗力取值水平差异,以供研究框架柱抗剪承载力参考。[1]GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S]. [2]GB50010-2002,混凝土结构设计规范[S]. [3]EuropeanPrestandard,ENV1998,Eurocode8:DesignProvisionsforEarthquakeResistanceof Structures,EuropeanCommitteeforStandardization[S],1995. [4]EuropeanPrestandard,ENV1992,Eurocode2:Design ofConcreteStructures,EuropeanCommitteefor Standardization[S],1992. [5]高小旺,龚思礼,苏经宇,等.建筑抗震设计规范理解与应用.北京:中国建筑工业出版社,2002. [6]钢筋混凝土框架柱抗震性能的试验研究(译文集).陕西省建筑设计院,西安冶金建筑学院,西北电力设计院,铁道部第一工程局编译.北京:地震出版社,1997.

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