基于塑性理论的板柱节点受冲切承载力计算方法研究

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钢筋混凝土板柱结构自上世纪初问世以来,这种结构凭借施工简便、空间利用率高、布局灵活、良好的经济效益等诸优点被广泛的应用在办公楼、住宅及车库等建筑中。这种结构虽然外表简单,但是其受力却十分复杂,国内外学者对此做了大量的研究工作。但由于其复杂性,板柱结构的冲切破坏机理尚未获得统一的令人信服的理论。基于抛物线形的摩尔库伦破坏准则,推导出了求解混凝土板柱节点冲切承载力最小上限解的偏微分方程,通过该方程导出了圆柱节点承载力的理论解,同时也推导出了方柱节点承载力的级数解。通过对试验中板柱节点冲切破坏特征的总结,确定了塑性极限分析解相关参数的取值,推导出了能用于实践计算公式,经检验有良好的效果。对所求的解答对比分析了圆柱、方柱节点冲切破坏屈服面上的空间应力分布状况,发现圆柱和方柱节点柱边的应力高于板底的应力,在方柱节点在柱角处存在应力集中现象。将轴向力和弯矩共同作用下的板柱节点冲切转化为一个偏心作用力效应,基于塑性极限分析的方法,提出平动-旋转复合运动机构模型分析节点的偏心冲切,推演求出了偏载作用下的承载力的泛函表达式;通过构造的破坏曲面近似求出了节点在偏载作用下的抗冲切承载力的最小值,对计算结果进行了简化拟合,并与规范和其他的计算方法进行了比较;试验数据分析表明平动-旋转复合运动机构模型相比与偏心剪应力模型能更好的反应柱子尺寸与板厚的比值对承载力的影响,并基于试验数据对公式进行了部分调整,计算结果与试验结果吻合良好。在塑性理论的基础上引入新的概念,认为斜截面形成塑性屈服面的同时在改斜截面上开裂发生滑移才会引发节点冲切破坏。通过假设斜截面上的应力分布,推导求出用圆板径向的斜截面开裂荷载;另一方面,采用抛物线型的摩尔库伦破坏准则可以得到塑性极限荷载。基于此破坏机理,得到集中力加载和均布荷载加载下板柱节点抗冲切承载力的求解方法,并根据试验结果对相关参数进行修正,经检验计算结果与试验结果吻合良好,同时根据计算结果对公式进行了简化,可应用于工程实践。此模型也合理地解释了板柱节点在集中力作用下冲切锥的角度大于均布荷载作用下板柱节点冲切锥角度的现象。
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