4.6.6 旧式联合现象
以前的研究表明,相同的基本桁架模型定性地解释了所有的连接形式(图4-32,4-33,Park 和Paulay,1975)。这种桁架包括一种单一的对角线压缩支柱(代表混凝土),通过水平和垂直的张力关系来保持平衡(代表加固)。对支撑的冲击力,节点区域的分裂,或者锚固节点的失稳可能会导致桁架的失稳。图4-32和4-34a,4-34b描述了桁架功能分别在关闭和开启的情况下内部和外部的连接。如果主筋是光滑的,桁架从早期开始就会出现斜向裂缝。如果主筋出现变形,桁架在大处得到巩固(图4-32b)。而在早期,剪切力通过梁和柱杆的粘结被引入接缝,并沿着几个较小的支柱传播(图4-32a)。
桁架模型一个重要的特征就是,无论连接条件是好是坏,强度(例如屈服强度)必须能够发展到桁架的节点。这一点在许多连接剪力的试验中被体现出来,其中最具代表性的就是膝部的连接,因为在所有连接中,膝部连接具有最少的多余部分。对于单独的膝部部件已经通过实验证明,带有变形钢筋的顶盖在循环负载反转时会发生剥离,而不管连接的力矩强度比如何,顶部钢筋的力都会通过各种途径被传递到锚固点。即使在连接处放置大量垂直箍筋(倒置呈U型)以改善梁顶纵向杆的固定也可以观察到这种情况。(然而也有一个特例,关于垂直箍筋,即它们所提供的固定作用通过抑制在图4-35中示出的“提升和踢出”机构来改善梁的弯曲部分的锚固。)类似的是水平联合箍筋对弯曲并锚固在连接中的柱的影响(图4-34b)。
联合桁架模型中张力必须在节点处发展,相当于要求连接的发展必须要在这一刻之后才能发生,基于可行性,这并非总是可行的,特别是在没有箍筋或任何其他约束机制的情况下。锚具的布置存在各种情况(梁柱是否会弯曲进入或离开节点,弯曲部分的长度是否会延伸到柱中通过节点,柱和梁底部杆是否存在弯钩等等);即使梁柱抗弯强度比保持不变,大多数情况下还是会导致强度和节点变形能力差别很大。就张力而言,梁或柱是否首先屈服也是很重要的,因为张力的大小和对锚具的需求取决于节点的情况。
变形的钢筋作为张紧的钢筋移动:通过桁架节点锚固的钢筋的节段结合,在钢筋的弯曲部分下方承受作用,并且沿着钢筋延伸部的长度结合到节点之外。光滑的钢筋依靠弯曲部分下的支撑作用以产生张力;相关的位移是显着的,而在钢筋变形的情况下要小得多。因此,主要钢筋细节通过节点的类型决定了接头是否能够发展其设计强度,是否会发生接头退化,以及由于钢筋滑移引起的伴随变形的大小。此外,桁架节点区支撑支柱和锚固节点的能力与通过限制加强,构架构件或其他细节提供给节点的约束量密切相关,这些将有助于节点将力从一条路径转移到另一条路径而不发生分裂。例如,作为旧实践中的典型,将梁杆弯曲离开接头时,除非大量的横向柱环紧挨着节点上方放置,否则就没有有效的节点被用于开发高效的压杆机构。
压缩的光滑条具有与条形钩前面的强度一样多的阻力(图4-36)。因此,,其中C表示弯钩的保护层厚度,表示弯钩的半径(裂缝平面相对于垂直轴线的倾角取大约30°)。例如,弯钩的保护层厚度为30mm,弯钩的半径为50mm,混凝土强度为2Mpa,则钢筋可以承受的拉力为2.5kN。直径为12mm的钢筋,对应于刚刚超过21Mpa的压应力。如果在接缝处存在与压杆平行的箍筋,则在确定压缩钢筋的承载能力时,应该将穿过对角分裂面的箍筋的屈服力加到锥体推出强度上。(类似地,在确定锥体推出强度时,也应考虑穿过分裂平面的正交杆的销强度。)
图4-37:旧式连接条件下锥形体的破裂时效
显然,在连接板内锚定有光滑杆的外部连接以及垂直于关节的自由面的弯钩将不可避免地在钩状杆被压缩时移动锥形体推出失败(图4-37)。 在循环载荷下,该过程将会提前发生(根据前面计算的棒应力水平,在低压时刻发生)。 一旦分裂平面形成,钢筋在压缩时自由滑动,导致整个连接的强度显着下降。 当然,这种变形与现代细节的关节有很大不同,甚至不能用文献中报道的梁柱关节的熟悉模型粗略定量。 差异的边界如图4-38所示,其中将接头抗剪强度包络作为具有不同程度边界约束的接头中的剪切变形的函数。
Calvi等人 (2001)使用具有如图4-37所示加固细节的压缩样本对各种类型的梁柱节点进行了实验。 对于T形接头,他们发现接头开裂首先在正向梁力矩作用下发生,这是由于这种变形方向的轴向力减小,而覆盖层的膨胀和剥落发生在弯曲的相反方向上造成的。 这些试样中的剪切降解机制(混凝土楔)表现出特别脆弱,第一次对角线开裂后突然和严重的接头剪切强度降低。 在横梁端钩锚固和连接区域内的斜压杆的集中压缩力交替半周期的组合作用抑制了接头区域中的任何替代剪切传递源。
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