型钢混凝土梁柱节点抗剪承载力研究.pdf
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1、1 4 江苏建筑 2 0 1 0年第 1期( 总第 1 3 2期) 型钢混凝土梁柱节点抗剪承载力研究 高伟 陈 忠 范 ( 东南大学 混凝土及 预应 力混凝土 结构教 育部重点 实验 室 , 江苏 南京2 1 0 0 9 6 ) 摘 要】 文章根据型钢混凝土节点的受力机理, 分析了节点的抗剪承载力计算的方法。在已有的节点试验资料基础上, 对 钢骨混凝土结构设计规程 ( V S 9 0 8 2 9 7 ) 、 型钢混凝土组合 结构技术规程 ( J G J 1 3 8 2 0 0 1 ) 、 我国梁柱 节点专题 组、 西安建 筑科技大学关于型钢混凝土节点抗剪承载力公式进行 了比较 , 指 出了我
2、国型钢混凝土梁柱节点研究 中的不足。 【 关键 词 型钢混凝土; 节点; 抗剪承载力; 计算公式 【 中图分类 T U 3 7 5 1 文献标 识码 A【 文章编号 l 0 0 5 6 2 7 0 2 0 1 0 0 1 0 0 1 4 - 0 4 Re s e a r c h o n S h e a r Ca p a c i t y o f S t e e l Re i n f o r c e d Co n c r e t e Be a m- Co l u mn J o i n t GAO We i CHEN Zh o n g- n ( K e y L a b o f R CP C S t
3、r u c t u r e s o f Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n , S o u t h e a s t U n i v e r s i t y , N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 9 6 C h i n a ) A b s t r a c t : T h e p a p e r i s a n a n a l y s i s o f j o i n t s h e a r - c a p a c i t y b a s e d o n s t e e l r e i n f o r c e d c o n
4、 c r e t e S o m e e o m p a r i s o n b a s e d o n k n o w n s t u d y s u c h a s , ”D e s i g n o f S t e e l R e i n f o r c e d C o n c r e t e”( Y B 9 0 8 2 9 7 ) 、 ”T e c h n i c a l S p e c i fi c a t i o n f o r S t e e l R e i n f o r c e d C o n c r e t e C o m p o s i t e S t r u c t u
5、r e s ” ( J G J 1 3 8 2 0 0 1 ) 、 C h i n a S B e a mC o l u m n J o i n t Th e me Gr o up、 Xi AN Uni v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n d Te c h n o l o g y o n t h e s he a r c a p a c i t y o f s t e e l r e i n f o r c e d c o nc r e t e a r e d o ne Th e n s o me c o n c l u s i o n s
6、 u c h a s l a c k o f u s i n g f o r mu l a a n d s t u d y a r e ma de for f u r t h e r r e f e r - enee Ke y wo r d s : s t e e l r e i nfo r c e d c o n c r e t e ; j o i n t ; s h e a r c a p a c i t y ; c a l c u l a t i o n f o r m u l a 0引言 型钢混凝 土结 构( S R C ) 是 以型钢为钢骨并 在型钢周 围 配置钢筋 和混凝土的埋入式
7、组合结构体 系。构件截面中型 钢的配置 , 使结构具有构件截面小 、 承载力大 、 抗震性能好 、 方便施工 的优点 ; 截面中钢筋混凝土的配置 克服了型钢 防 腐、 防锈、 防火性能差 , 易发生局部和整体失稳 的缺点 , 抗侧 移刚度大 , 节约钢材 , 降低 了造价。梁柱节点是框架传力 的 枢纽 , 是保证结构承载力 和刚度 的重要部位 , 它传递着 梁 、 柱传来的内力 。 在外荷载作用下 , 节点处于压 、 弯 、 剪及扭复 合受力状态 , 受力 比较复杂 , 它 的安全可靠是保证结构正常 工作的前提 , 为此 , 研究弄清节点的受力性能 、 破坏机理 , 使 节点设计的传力明确 、
8、 计算 可靠 、 结构 合理是 十分重要的。 抗震设 计中 , 提 出的“ 强柱弱梁 , 更强节点” 的设计原 则 , 更 充分体现节点 在结构 中的重要作用 。另外节点破坏 主要是 受剪破坏 。 本文分析了型钢混凝土节点受力机理 , 仅对受剪 承载力及公式进行 了分析和比较 , 以供参考 。 1 节点受力机理 框架受到外荷载作用后 ,作用在节点处 的有 弯矩 、 剪 力 、 轴力 , 这些荷载效应在节点 内分配和传递使节点核心区 发挥其作用 , 根据节点的受力过程和破坏类 型, 较准确地描 绘这些效应的分配大小和传递途径。给出合理的理论假设 和计算模式 , 就是节点的受力机理。 节点的受力机
9、理受诸 因 素 的影 响 , 包括混凝 土强 度 、 钢材 的性能 、 节点 内的配筋构 造及梁 、 柱主筋的锚 固状况等等 。目前 , 常见的节点受力机 理有钢 桁架机理 、 钢 “ 框架一 剪力墙 ” 机 理和剪摩 擦机理三 种 。 1 1 钢 桁 架 机 理 柱型钢翼缘框与水平加劲肋及节点外 围的混凝土构成 一一 _I F 一一 图 1 节点钢桁架模型 收稿日 2 0 0 9 0 9 2 1 作者简介 高 伟 , ( 1 9 8 4 - ) , 东 南 大 学 土 木 工 程 学 院 , 硕 士 研 究 生 从 事 钢 网 构 架 混 凝 土 复 合 建 筑 结 构 研 究 。 学兔兔
10、w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 0年第 1 期( 总第 1 3 2期 ) 1 5 一 个刚性矩形框 ,刚性框 中的斜压腹杆主要是 由混凝 土和 型钢翼缘组成 , 同样 斜拉 腹杆主要 由混凝土、 型钢翼缘 以及 梁柱纵 筋组成 , 所有这些腹 杆只承受 轴向力 , 不承受 弯矩。 其 中, 受拉腹杆 以混凝土应变控制其极 限承载力 , 当腹杆应 变超过混凝土的极限拉应变 , 受拉腹杆 断开退 出工作 。 1 2钢“ 框架一 剪力墙” 机理 混凝 土部分的抗剪 可视 为由混凝 土斜 压杆 加桁架 的 抗剪机理 , 斜压杆 主要承受梁 端 、 柱端之压
11、应 力 , 如图 2所 示 钢筋 与斜压混凝 土构成 的桁架 主要承受梁端 、 柱端之拉 应 力 及 剪 力 。 1 , 螭= i 图 2节 点 中 混 凝 土 部 分 受 力 机 理 应 当说 明 由于柱型钢翼缘 与水平 加劲肋构成 的“ 翼缘 框” 对混凝土斜压杆有一定 的约束作用 , 故型钢混 凝土节点 的混凝 土所 承担的剪 力比在普 通钢筋混 凝土节点中更大。 型钢部分 的抗剪 可视作 由柱 中型钢翼缘 与腹板加劲 肋 构成 的板式封 闭钢框梁 和型钢腹板作 为“ 剪力墙” 形 成的 “ 框架一 剪力墙” 体系来承担 。如 图 3所示 。 q艰 川 一 7 r 、 L L 、 麂 晤
12、“ 剪 墙 “ 身 墙 图 3 节 点 中 型钢 的 “ 框 架一剪 力 墙 ” 受 力机 理 这个 “ 框架一 剪力墙 ” 体系在剪力作用下 , 将按 照两者的 抗侧 刚度 比例来分配 。由于柱 型钢翼缘抗侧 刚度往往 比腹 板 抗侧 刚度小很 多 , 因此主要是腹板起到抗剪作用 。 如果忽 略翼 缘 的抗 剪 , 则 型 钢 分 担 的 剪 力 全 由腹 板 来 承 受 。 当 柱 上 无 压应力 时 , 这个框剪体系基本处纯剪 的状态 , 当有轴 压力 作用 时 ,型钢构成 的框剪体 系则处 于压应力 与剪应力 共同 作用 的状态 。当达到极 限状态 时,首先是 型钢腹板剪 切屈 服 继
13、 而 翼 缘 框 的 四 角 形 成 4个 塑 性 铰 , 成 为 机 动 体 系 , 最 后 钢筋桁架屈服 , 混凝土斜压杆达到极限压应变而压碎 , 此 时 节点 即告 破 坏 。 l I 3 剪摩擦机理 剪摩擦机理适合于核心区混凝土受剪破坏 、水平 箍筋 屈 服而梁 主筋 尚未屈服且未发生粘结破坏 的情况 。核 心区 剪切破坏 的临界裂缝常沿对角线发生 。将核心 区分成 二大 块 , 二块核心混凝土之间产主滑动摩擦 、 与 主裂缝相交 的水 平 箍筋 、 型钢腹板 皆受拉屈服 。因此 , 节点 的抗剪 能力 可以 由三部 分组 成 :一部分是穿过裂缝 的箍筋受拉屈服时所承 担 的剪力 ;
14、一部分是型钢腹板屈服时所承担的剪 力 ; 另一部 分是核心 区的对角处 ,在弯 曲压力下所产生的混凝土摩擦 力 。 这二者组成的摩擦阻力 即为节点的抗剪能力 , 故称剪摩 擦 机 理 。 2 型钢 混凝 土节点抗 剪承载 力计算 型钢混凝 土框架梁柱 节点 的承载力计算公 式存在一定 的分歧 , 还有待 于进一步改进和完善 , 但是 比较下述关于型 钢 混 凝 土 组 合 框 架 节 点 抗 剪 承 载 力 计 算 公 式 ,它 们 的 共 同 点在于都考虑 了混凝土 、 箍筋和型钢腹板 3 部分 的承载力 。 现 就 3部 分 分 别 分 析 。 f 图 4钢 骨 腹 板 受 力 状 态 2
15、 1 钢 骨 腹 板 承 载 力 图 4是钢骨腹板的受力情 况。在钢 骨屈 服前处于弹性 状态 其 主应力 为 : 主 拉 应 力 : = 等+ 、 ( 等) + ( 1 ) 主 压 应 力 : -= 等一 、 ( 等 ) + r ( 2 ) 上述 中 厂钢骨腹板所受的柱传来 的轴压应力 ; 钢 骨腹板所 受的剪应力 。 在 节 点 达 到 极 限状 态 前 , 钢 骨 处 于 剪 切 流 动 状态 。由于 一 般钢 骨混凝土结 构配置的钢骨 为碳 素钢和低合 金钢 , 因 此可应用第 四强度理论建立起剪切屈服时条件 ( 3 ) 式 中 钢骨腹板所用钢材单向拉伸屈服强度。 因节点腹板 为平 面
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