板柱結構抗沖切性能研究綜述

張凱

華北理工大學建筑工程學院，中國·河北 唐山 063000

1 引言

板柱結構也稱為無梁樓蓋，由水平構件樓板和豎向構件柱子組成。板柱結構的外觀形式比較簡單，其平面布置靈活，使用空間較大，可以有效地降低建筑物層高，且具有施工簡捷、管線布置方便、綜合效益良好等優點，可較好地滿足建筑空間和使用功能方面的要求，適用于多層廠房、倉庫、地下車庫、公共建筑等，也可用于辦公樓和住宅等，是一種常見的建筑結構形式。但板柱結構節點處受力狀態復雜，側向剛度較弱，在豎向荷載和水平荷載作用下，除承受較大的沖切力外，還承擔較大的不平衡彎矩，節點處的應力比較集中，非常容易發生節點的脆性沖切破壞，在整個結構的受力作用下，進而發生嚴重的連續性倒塌。因此，中國及其他國家學者對板柱結構抗沖切性能進行了大量的研究，分析了其破壞機理及力作用機制。本文對板柱結構研究現狀進行了綜述，梳理了規范對板柱結構抗沖切承載力的計算方法，分析了影響板柱結構沖切性能的因素，為板柱結構抗沖切性能進一步研究及應用提供了參考。

2 板柱結構抗沖切性能研究現狀

Raffaele等[1]通過對配有剪力銷釘的板柱節點試件進行試驗，驗證了這種新型板柱結構抗沖切加固的有效性。結果表明，帶有剪力銷釘的板柱節點即提高了抗沖切承載力，又提高了節點的變形能力。同時，將試驗結果與臨界剪切裂縫理論模型的計算結果進行了對比，表明理論模型計算具有良好的預測性。

Navarro等[2]利用ABAQUS有限元分析軟件建立了配有抗剪螺栓的四分之一板柱結構模型，分析了抗剪螺栓在三種不同布置形式（雙線、放射狀、菱形）的板柱結構的抗沖切效應，結果表明，抗剪螺栓的放射狀布置是最適合的板柱結構加固方式，抗剪螺栓的布置間距與抗剪螺栓直徑成正比，并建議第一組抗剪螺栓到柱端面之間的距離約為抗剪螺栓直徑的5倍。

Bu等[3]通過對5個帶有剪切螺栓加固的板柱節點試件進行了水平往復地震荷載和重力荷載試驗研究。結果表明，配有剪切螺栓的板柱節點在側向承載力、極限破壞荷載以及失效破壞時延性均有明顯提高，使板柱節點由脆性破壞轉為了延性，提高了板柱節點的耗能能力。

3 板柱結構抗沖切承載力規范計算公式

3.1 中國規范GB50010—2010

中國規范[4]基于偏心剪應力模型，其無抗剪鋼筋的板柱結構抗沖切承載力的計算公式為：

3.2 歐洲規范EC2—2004

對于無抗剪鋼筋的板柱結構，其抗沖切承載力按下式計算[5]：

3.3 美國規范ACI318—19

美國規范[6]中板柱結構抗沖切承載力Vc為下列計算式中最小值：

3.4 英國規范BS8110—97

規范[7]規定板柱結構的沖切控制截面為距柱邊1.5倍板有效高度，其抗沖切承載力的計算公式為：

4 板柱結構抗沖切性能的影響因素

大量研究表明，板柱結構的抗沖切性能受多種因素的影響，主要分為以下幾種。

4.1 混凝土強度

混凝土是板柱結構的一種重要的建筑材料，對板柱結構抗沖切性能的影響很大。大量研究表明，在一定的范圍內，高強度混凝土可顯著提高板的抗沖切能力，并且板的抗彎鋼筋使用效率較高。

4.2 縱向鋼筋配筋率

板的縱向鋼筋不僅作用在抗彎階段，還具有銷栓作用，可以抑制受拉區混凝土裂縫的開展，進而影響板柱節點抗沖切承載力。研究表明，在一定范圍內，增大縱筋配筋率可提高板柱節點的抗沖切承載力，但具有非線性關系，改變縱筋的布置方式也可改善板柱節點的受力性能。

4.3 抗沖切元件

隨著土木工程行業的快速發展，普通混凝土板柱結構的抗沖切性能已無法滿足社會的需要，國內外學者通過配置抗沖切元件來提高板柱結構的抗沖切性能，常見的抗沖切元件有彎起鋼筋、錨栓、箍筋、型鋼剪力架及纖維增強聚合物等，產生了一些新型的板柱結構體系，這些抗沖切元件即能提高板柱結構的抗沖切承載力，又能改善板柱結構的延性。

4.4 其他

除以上主要的因素之外，還有一些因素也影響著板柱結構的抗沖切性能。如板柱結構的沖跨比及板厚，在一定范圍內，減小沖垮比，可提高板柱結構抗沖切承載力，但延性會降低。另外柱子的截面形式、柱子安放的位置以及板上開洞等都會對板柱結構的抗沖切性能產生影響。

5 結語

①不同的學者對板柱結構的不同形式進行了研究分析，給出了板柱結構的理論分析模型及有效的計算方法，為以后新型板柱結構的產生奠定了理論基礎。

②分析梳理了各國規范對板柱結構抗沖切承載力的計算公式，為學者分析研究板柱結構的受力情況及數值計算提供了理論依據。

③在一定范圍內，改變影響板柱結構抗沖切性能的因素，可提高板柱結構的抗沖切承載力以及改善延性，但配置有不同的抗沖切元件的板柱結構發生沖切破壞的機理存在差異，需要進一步分析研究。

④目前國內外學者對板上開洞、邊柱和角柱的研究較少，這種板柱結構形式在荷載作用下的受力比較復雜，需要進一步深入分析研究。