鋼次梁插入混凝土框架梁節點附加橫向鋼筋設計探討

（貴州永興建設工程質量檢測有限公司，貴州 貴陽 550000）

引言

間接加載梁的抗剪強度比直接加載梁降低0～63.4%，降低的幅度主要隨剪跨比、間接荷載沿梁高作用的位置以及配箍率而變化[1～3]。現行《混凝土結構設計規范》[4]雖然給出了直接和間接荷載作用下梁的附加橫向鋼筋的計算公式及分布范圍，但針對鋼次梁直接插入混凝土框架梁這一特殊節點的附加橫向鋼筋設置研究甚少[5～6]。本文給出了鋼次梁插入式節點下框架梁附加橫向鋼筋的設計方法并通過模型試驗和有限元分析驗證了此方法的合理性。

一、鋼次梁直接插入混凝土框架梁的破壞形態與機理

本模型的鋼次梁在框架梁的高度范圍內，并受到集中荷載作用，則鋼次梁上的集中梁荷載只能通過其受壓區混凝土以剪力形式傳給主梁在主梁上產生局部應力，該局部應力在荷載兩側（0.5～0.65）倍梁高范圍內逐漸消失，由局部應力產生的主拉應力在主梁腹部可能引起斜裂縫[7]。

二、附加橫向鋼筋的設計方法

（一）模型M1主梁斜截面受剪配箍和受扭配筋計算

本文計算不考慮彎扭及剪扭相關性，根據GB50010-2010第9.2.5條及第9.2.9條中相關規定進行受扭配筋驗算。

（二）模型M1主梁附加橫向鋼筋計算

本試驗中不單獨配置附加箍筋，由受剪箍筋及附加吊筋承擔次梁傳遞的集中荷載。其中附加橫向鋼筋的布置長度為s=2h1+3b；附加橫向鋼筋采用吊筋時，鋼次梁下吊筋的水平段長度可取為b+100mm，b為鋼次梁下翼緣的實際寬度；彎起段應延伸至主梁的上邊緣，且末端水平段長度，在受拉區不應小于20d，在受壓區不應小于10d，d為吊筋的直徑；吊筋與梁軸線間的夾角α，當主梁截面高度h≤800mm時，α可取45°，當主梁截面高度h>800mm時，α可取60°；

三、試驗概況

試驗基于某實際工程，采用1:2縮尺模型，試驗模型為從樓面結構中截取一根混凝土框架梁作為研究對象.研究鋼次梁插入式節點的受力特點、傳力機理、破壞過程、破壞形態以及框架梁的受力性能.兩端整澆混凝土柱和連系梁，通過錨栓將連系梁固定在試驗臺座上，保證混凝土兩端為固定支座。

（一）加載裝置和量測布置

模型試驗的加載裝置采用反力架與液壓千斤頂的加載機構，MX1對鋼次梁外伸端逐個采用單點加載，為使加載點盡可能靠近框架梁邊緣以減少扭矩，在鋼次梁頂面設置本次試驗專門設計和制作的寬度為100mm的箱形截面鋼墊塊，截面尺寸為200×100×120(mm)，保證加載點（即鋼墊板中心線）至框架梁邊緣的距離只有50mm.單點加載時，千斤頂直接作用在鋼墊塊上。

（二）測試內容

本次模型試驗主要采用電阻應變片量測試驗模型的應變，包括：框架梁節點區附近的箍筋和吊筋應變；鋼次梁固定端和加載點處的豎向位移.試驗過程中還將量測混凝土框架梁的裂縫開展寬度和走向.

四、試驗模型與有限元模型計算結果

（一）模型各節點加載現象及分析

模型M1三個節點的編號分別為D、E、F，其中D、F為鄰近框架梁左、右兩個支座的節點.由于D、F兩個節點的裂縫開展特征及破壞形態相似，故選取其中一個節點D進行說明.

節點D：當加載至210kN時，框架梁剪跨內加載點一側出現1條腹剪斜裂縫，此時框架梁加載點對面梁底出現受彎豎向裂縫，可判定210kN為MX1節點D的斜截面開裂荷載.當加載至270kN時，框架梁剪跨內新增3條斜裂縫，其中一條已延伸至支座邊緣.當加載至300kN時，加載點對面框架梁剪跨內出現第一條腹剪斜裂縫.當加載至330kN時，鋼次梁上翼緣附近出現了2條水平裂縫，最大裂縫寬度為0.08mm.當加載至660kN時，剪跨內鋼次梁附近箍筋和吊筋已屈服；框架梁剪跨內最大斜裂縫寬度達到1.7mm，超過了《混凝土結構試驗方法標準》（GB 50152-2012）規定的限值1.5mm，停止加載.節點D的破壞形態為框架梁斜截面受剪破壞，

五、結論

（一）在框架梁高度范圍內有鋼次梁梁集中荷載作用時，考慮鋼次梁與框架梁高度的相對位置對主梁抗剪強度的影響來確定附加橫向鋼筋數量更為合理。

（二）在框架梁截面高度范圍內有集中荷載作用，應嚴格按規范進行附加橫向鋼筋，吊筋的計算與布置。吊筋宜成對布置,附加橫向吊筋設置在主梁底縱筋位置，而不是設置在產生集中荷載的橫梁底。

（三）附加橫向鋼筋不足或漏設能直接引起強度破壞，涉及到結構或結構構件的安全性，因此其設計應按承載能力極限狀態進行，因此無論是設計人員還是施工人員，對附加橫向鋼筋的設置應給予高度重視。