钢-混凝土组合梁与混凝土柱节点的抗震性能试验研究.pdf
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1、第 2 9卷第 1 期 2 0 0 8年 2月 建筑结构学报 J o u rna l o f B u i l d i n g S t r u c t u r e s V0 1 2 9 N 1 Fe b 2 0o8 文章编号 : 1 0 0 0 - 6 8 6 9 ( 2 0 0 8 ) 0 1 -0 0 7 0 - 0 5 钢一 混凝土组合梁与混凝 土柱节点的抗震性 能试验研 究 陆铁坚,贺子瑛, 余志武,肖林红 ( 中南大学 土木建筑 学院 , 湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 ) 摘要 : 基于端板螺栓连接 的钢 混凝土组合梁 与混凝土柱节点的低周反复荷载试验 , 对其受力过程 、 破坏
2、形式、 滞 回曲线 、 骨 架曲线、 延性等抗震性能进行了较为深入的研究与分析。结果表 明: 端板 螺栓 连接 的钢- 混凝土组合 梁与混凝土柱节点试 件的滞回曲线呈梭形 , 且较为丰满 , 耗能能力强 ; 组合梁横向配筋率及其配筋形式 、 组合梁剪力连接度对节点的承载力影响 并不显著 , 但对节点的延性有显著的影响。横向配筋率的增 大及横向配筋为封闭式可提高节点的变形能力 , 剪力连接度越 高变形能力越强。 关键词 : 钢 混凝土组合梁 ; 节点 ; 试验研究 ; 抗震性能 中图分类号 : T U 3 9 8 T U 3 1 7 1 文献标识码 : A Ex p e r i me n t a
3、 l r e s e a r c h o n s e i s mi c b e h a v i o r o f S C b e a m t o RC c o l u mn c o n n e c t i o n L U T i e j i a n,H E Z i y i n g ,YU Z h i w u, XI AO L i n h o n g ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n d A r c h i t e c t u r e , C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y
4、, C h a n g s h a 4 1 0 0 7 5 , C h i n a ) Ab s t r a c t :Ba s e d o n e x p e rime n t s o f e n d p l a t e b o l t e d c o n n e c t i o n o f t h e S C b e a m an d RC c o l u mn s p e c i me n u n d e r c y c l i c l o a d i n g, t h e f a i l u r e p a t t e rn ,h y s t e r e t i c l o o p s
5、,s k e l e t o n c u r v e s a n d d u c t i l i t y we r e s t u d i e d Re s e a r c h e s s h o w t h a t e n d p l a t e b o l t e d c o n n e c t i o n o f t h e S C b e a m an d RC c o l u mn s p e c i me n h a d e n o u g h e n e r g y d i s s i p a t i o n c a p a c i t y a n d s t a b l e h
6、 y s t e r e t i c c h ara c t e ris t i c Yi e l d i n g c a p a c i t y a n d u l t i ma t e c a p a c i t y o f t h i s c o n n e c t i o n a r e l e s s i n fl u e n c e d b y t h e r a t i o n s o f t r a n s v e r s e s t e e l a n d t h e a r r a n g e me n t o f s t e e 1 a n d t h e d e g r
7、 e e o f s h e ar c o n n e c t i o n o f c o mp o s i t e b e am,wh i l e t h e d u c t i l i t y i S i n fl u e n c e d b y t h e s e t wo p a r am e t e rs o b v i o u s l yTh e i n c r e a s e o f t h e r a t i o n s o f t r a n s v e rse s t e e l a d d t o t h e d u c t i l i t y o f c o n n e
8、 c t i o n s :a n d t h e i n c r e ase o f d e g r e e o f s h e ar c o n n e c t i o n l e a d t o s t r o n g e r d e f o r ma b i l i t y Ke y wo r d s :s t e e l a n d c o n c r e t e c o mp o s i t e b e am ; j o i n t ;e x p e ri me n t al r e s e arc h;s e i s m i c b e h a v i o r 0 引言 钢 一
9、混凝 土组合结构 由于其使 用功能好 、 施 工快捷 、 造价低、 性能好等优点, 在实际工程中得到了较为广泛 的应用 。近年来对钢一 混凝 土组合结构 构件 的研究较 多 , 也 日趋成熟 , 但对节 点研 究较少 。端板 螺栓连 接 的钢一 混凝土组合梁与混凝土柱节点是钢一 混凝土组合梁 与混凝 土柱结构体系 中的一种新型节点 , 这种节点 由于 其构造 简单 、 施 工方便而 在钢结构 工程 中应 用广泛 , 因 此有必要对 此类 节点 的抗震性 能进行 研究 。为 了研 究 组合梁 横向配筋率 及剪力 连接 度对端 板螺栓 连接 的 钢一 混凝土组合梁 与混凝土柱节点抗震性能 的影响
10、, 本文 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 4 7 8 0 9 2 ) 。 作者简介: 陆铁坚( 1 9 6 3 一) , 男, 湖南岳阳人, 教授。 收稿 日期 : 2 0 0 6年 9月 7 0 进行 了 7 个 1 2缩尺 的端板螺栓 连接 的钢一 混凝 土组合 梁与混凝土柱节点的试验 , 并在试 验分析 和理 论研究 的 基础上对钢一 混凝土组合梁与混凝 土柱节 点 的受 弯承载 力 、 延性 、 耗能能力进行 了探讨 。 1 试验概况 1 1 试件概 况 试件为 7 个 1 2缩 尺 的端板 螺栓连 接 的钢 混凝土 组合梁与混凝土柱节点 , 其主要变化参数为组合
11、梁横向 维普资讯 http:/ 配筋率及其配筋形式、 剪力连接度。根据组合梁的破坏 型式来确定组合梁横向配筋率及剪力连接度的取值 。 试件 的主要尺 寸如 图 1 所 示 。参数 的具 体设 置情 况如 表 1 所示。混凝 土采用 C 4 0普通 混凝土 , 高强 螺栓采用 1 0 9级 M 2 2螺栓 , 端板采用 Q 3 4 5钢厚 2 5 m m。 连 系 1 7 0 0 1 : 崔三 ( a ) 边节点平面 图( b ) 立面 图 ( c ) 端板 与混凝土 柱交 界面大样 ( d ) 1 - 1 截面 ( 横向钢筋非封 闭式) 。羽 十 ( c ) 1 1 截面( 横向钢筋封闭式)
12、( g ) 2 - 2 截面 图 1 节点尺寸 F i g 1 D e t a i l o f fl a m e j o i n t s 表 1 组合 梁试 验参数 Ta b l e 1 M a i n p a r a m e t e r s o f s t e e l - c o n c r e t e c o m p o s i t e co nt i nuo us be a ms 注 : 剪力连接度 =n r n , 其 中为 n r 为完全剪力连接设计需要 的剪力连 接件数量 , n , 为实际配置 的剪力连接件数量。 1 2 试验装置 试验采用 电液 伺服结 构试 验机 进行低 周
13、反复循 环 加载拟静力试验方 法 , 试 件 的加载 及支撑情 况如 图 2所示 , 采用 梁端加载方式 , 节点的柱上 、 下为铰接 , 梁端 为自由端 , 这种加载方式 比较符合整个框架中梁、 柱的 实际受力情 况。梁端垂 直低 周往 复荷 载 由千 斤顶人 工 加载 , 柱 顶部有一 反力钢 横梁 , 在其 上安放 触动 头以提 供轴压力 , 试验全过程 由 M T S伺服控制机及微 机控制 。 在距离柱顶 l O e m的位置安装横 向水平支撑锚 固于反力 墙上 。试验装置如 图 3所 示。在试验 过程 中主要 对节 点 梁端荷 载一 位移滞 回曲线、 节点 核心 区箍筋应 变、 组
14、合 梁纵筋应变、 组合梁横向钢筋应变、 钢梁应变、 柱纵筋应 变等进行 了观测 。 1 撑 , 埙 、 _ 支 节 I 架 恳 J 位 移 反 藿 ! ! 计 力 墙 图 2 节点加载装置及支撑 F i g 2 L o a d i n g i n s t a l l a t i o n a n d u n d e r p r o p o f f r a me j o i n t 图3 节点加载装置 F i g , 3 Loa d i n g i n s t a l l a t i o n o f fl a me j o i n t 1 3 测试 内容 ( 1 ) 荷 载值和支座反力 ; ( 2
15、 ) 腹板 和翼 缘板 的应变 、 梁 柱交接处 梁柱 主筋 的 应变、 梁柱塑性铰区和节点核心区箍筋的应变、 组合梁 栓钉 的应变 、 螺栓的应变 ; ( 3 ) 梁端挠度 ; ( 4 ) 节点核心区的剪切变形; ( 5 ) 钢 梁的粘结滑移 ; ( 6 ) 梁端荷载 P 一 位移 滞 回曲线 ; ( 7 ) 裂缝开展及裂缝宽度。 1 4 加 载制度 节点低 周反 复荷 载试验 割采用 力 、 位 移控制 加载 制度, 加载步骤如下: 在柱头施加竖直向下荷载, 一次 加载至 P 。= 3 0 0 k N( 轴压 比为 0 3 9 3 ) , 并 在整个试验 过程中保持恒定; 在梁 自由端施加
16、反复荷载至试件破 坏 ; 梁 自由端 向上加 载为正 向加载 , 向下加载 为反 向加 载 ; 在力控制加载 阶段 , 一次 加载至 7 5 P ( P 为 梁端 屈服荷载, 采用 弹性极限理论估算 , 正向屈服荷载为 4 5 5 k N, 反 向屈 服荷载 为 2 9 5 k N) , 荷载反复一 次 ; 位移 71 维普资讯 http:/ 控制加载阶段 : 每级位移控制值按梁端 屈服荷 载 P 对应 的梁 自由端位移 ( 计算值 )的倍数 ( 2 , 3 , 4 ) 增 加 。在每级控制位移下反复一次 。试验结 束后 , 再对 梁 端荷载 位移滞 回曲线 进行分 析 , 确 定节 点试 件
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