新型组合结构梁柱节点的试验

新型组合结构梁柱节点的试验研究摘要：提出了一种新型的端板螺栓连接的钢混凝土组合梁、连续复合螺旋箍混凝土柱节点。这种节点的构造为：组合梁混凝土中的负钢筋贯通节点核芯区，而组合梁的钢梁部分靠带肋板的端板、长杆高强螺栓连接，节点核芯区设立钢板箍代替普通的箍筋。此节点构造简单、便于施工。为了研究其抗震性能和破环机理，对这种节点进行了足尺的拟静力试验和模拟节点核芯区的试验。介绍了试验情况，对节点的强度、延性、滞回性能进行了分析。结果表明该节点属于典型的梁铰破坏，具有较好的耗能能力。根据实验提出了构造建议与核芯区承载力公式。关键词：节点端板组合梁连续复合螺旋箍抗震性能拟静力试验中图分类号:TU398+.9文献标识码:AStudyonanewtypeofcompositestructurejointAbstract:AnewtypeofendplateboltedconnectionofSteel-ConcretecompositebeamandContinuousCompoundSpiralHoopreinforcedconcretecolumnispresented,suchjointdetailingisthattherebarinthenegativemomentzoneinthecompositebeamislinkedupandthesteelbeampartofthecompositebeamisconnectedbytheend-platewithstiffenerplatesandlongshankbolts,andinthecorezoneofthejointthesteelplatehoopreplacesthenormalhoopreinforcement.Thejointissimpleandconvenientintheconstruction.Inordertostudyseismicbehaviorandfailuremechanismofthejoint,thequasi-statictestsarecarriedoutonthefull-scalespecimenandsimulatingcorezonesspecimen.Thedetailoftestisintroduced,theresultsindicatethatthefailureofthejointbelongstotypicalbeamhingefailureandthejointhasagoodconsumingenergycapability.Theconfigurationandthebearingcapabilityformulaofthecorezonearepresentedaccordingtothetest.Keywords:JointEndplateSteel-ConcreteCompositebeamContinuousCompoundSpiralHoopSeismiccapabilityQuasi-statictest1前言随着科学技术的进步和发展，许多高层建筑采用了技术先进的钢管混凝土结构、型钢混凝土结构等组合结构形式。本文提出应用高强复合连续螺旋箍约束钢筋混凝土柱(简称CCSHRC柱)、钢与混凝土组合梁和组合节点所组成的组合结构。此体系与一般的混凝土结构体系相比，不仅使用功能好，而且施工快捷，与钢框架体系相比具有造价低的优点。尤其在我国建筑钢材产量逐年递增的时候，组合梁－连续复合螺旋箍柱体系的提出符合建设部提出的建筑产业化及大力发展建筑用钢的要求。钢与混凝土组合梁经清华大学聂建国等研究，其成果已经列入规范或规程；复合螺旋箍柱经西安建筑科技大学系统的研究，分别应用在西安、成都、北京、福建等地的工程。如今CCSHRC柱、组合梁结构体系的关键问题是需要解决梁柱节点的构造和设计计算。本文介绍了一种适用于此体系的端板螺栓连接的组合梁、CCSHRC柱的节点和相关的实验研究情况。2端板螺栓连接的组合梁、CCSHRC柱节点试验研究2.1试件的概况梁柱试验试件采用1：1模型，节点的构造如图1所示。另外为研究高轴压比情况下节点核芯区的工作性能，又分别设计了模拟核芯区受力的补充节点试件LJDB01，如图2所示。各试件的概况列入表1，具体尺寸及配筋见图1、图2。表1节点试件概况Table1Specimengeneralsituation甩试件编号棋跨度指(骆mm)乡层高倡(笔mm)嚷SPR狗C贤柱倘S君C池梁村节点核芯城区渗截面尺寸跨(庭mm)位主筋配筋乡率用(乳%)庄箍筋配筋青率栽(蹦%)桃（封宽闷×月高弟）亚mm刻螺交栓清8.膏8瓣级兄LJD0觉1喇3300凯3250瓜400×腔400搁3.68忽1.0希380×圾450佩8M30卵LJDB俱01谦——茶——跌150×撇150宿2.01焰——殖——翻4M20图1试件LJD01(Figure1ConfigurationofSpecimenLJD01)图2试件LJDB01(Figure2SpecimenLJDB01)2.2加载装置、测点布置与加载制度实验采用电液伺服结构试验机进行低周反复循环加载—拟静力试验方法。采用柱端加载方式，如图3所示。为测定构件在受荷过程中的变形和节点核芯区的转角延性、剪切延性、曲率延性布置如图4所示的位移计和百分表。本试验采用力-位移混合控制加载。参考《建筑抗震试验方法规程》（JGJ101-96）制定本节点的加载制度如图5所示[①][②]。签耕悟鲁图椅3欺鹿实验装置炭图践搜轿扁偷图次4巨穗位移计及北百分表布盗置父图导端挂觉图衫5败冬力糖-末位移混合耐控制加载疮图险篮Figu颈re3恨Tes现tse约tup择Figu糖re4停Arr逐ange叨ment押of匙disp成lace鱼mete叮rs贱逼＆赏gau专ges是Figu虚re5就For眉ce-d揪ispl斤acem顿ent错mixe辜dco瓣ntro剃llo偶adin燃gla石w申3纪拦足尺梁柱扯节点试件禁试验结果能3.1桥帆加载破坏麦过程炉试晋件皆LJD0鹅1氧做了两次屿实验，首缘先研究试悲件杆LJD0脱1鱼在不受轴孩力作用，蛙而仅受柱岛端横向力漆作用时的留性能，然窄后对柱子和施婆加旨1200热K枕N壤的轴向力激，再研究崇柱子在此广情况下受句往复循环骡水平力作仍用时的受搅力性能。半在试春件岁LJD0敌1龄的第一次品试验中，役参考山田谨裕等人做跃的有关钢笨梁混凝土艳柱螺栓连绢接节点的娇试紫验土[旦③忠]部[残④监]奉，我们对斯螺栓施加兵较小的预母拉力，使厕螺栓的拉分应变铁在巨20泊0会微应变左端右。当柱港顶水平作烟动器内力沈达到配推台85k雨N访时，承受膏负弯矩作堂用的一侧竭梁的混凝怪土出现了饺与组合梁滚轴线垂直炒的第一道撑裂缝。在乎后面的荷吧载循环过突程中，出撞现了组合寻梁的钢翼虑缘在受压泪时发生轻锄微屈曲、谷受拉时又菊重新被拉孩直的现象适，同时组链合梁两侧赌的钢腹板羊也出现了好轻微的屈押曲现象。护试借件糊LJD0徐1烧在不受轴斤力作用下袄试验情况太如娃图坚6暖所示。励在试模件系LJD0留1境的第二次板试验中，卡考虑到本证文的外伸押端板和钢弟板箍减小开了节点区涨混凝土的爽局部压力血，另外为饮了避免端狂板在水平源荷载较大止的情况下水，出现与滚柱表面的听张开，我稿们对螺栓欢施加较大病的预拉力留，使螺杆清应变保持俊在搭80津0档微应变左私右。在施失加制1200俗k叶N暴轴力、轿及锯50k湾N袭的水平循矩环荷载过吸程中，未繁见原组合满梁的混凝声土裂缝的烦张开。当躬柱顶水平衔作动器内泉力达到纱推奋110k粮N趁时，承受扑负弯矩作舒用的一侧拔梁的混凝龄土原有的督与组合梁将轴线垂直梁的裂缝重水新张开。蚕当柱顶横挡向力达鸡到关180k呀N妖时，组合顶梁出现了鼠明显的钢惹翼缘在受晋压时屈曲呆、受拉时膊又重新被赌拉直的现潮象，同时可组合梁两疗侧的钢腹龙板也出现胖了明显的吗屈曲现象矩。当柱顶恨横向水平直力达糖到腹225k挠N茅时梁一侧屑的端板加番劲肋出现糊了焊缝的减撕裂，此色时组合梁亚上被压碎斑的混凝土俊大片剥落栏，梁中被投压屈的钢坐翼缘也不颠能被拉直麻。在后面喊的荷载循召环中，梁住的混凝土渴剥落使梁怀的主筋被两暴露（如板图市7着所示）。旅最后组合弟梁的下翼恩缘被拉裂凶（如旁图狠8恨所示），厅柱头有很容大的水平逝位移，停传止本次试凝验。巧唱喝暮图理7拥缴试喂件案LJD0栗1漠的破坏图不梅核已罩图抛8鹿搜试骑件疾LJD0球1盛钢梁的拉者裂两震烧出陵Figu钟re7享Fai穷lure辱of奏spec资imen傍LJD慧0恨1信死店Figu畅re8妈Fra魄ctur船eof沃the岩low露erf普lang行ein黄spe里cime身nLJ薯D01前3.2顺祥柱顶水平秧力与层间臂位移的荷疤载位移滞拆回曲线薯试舍件脏LJD0甘1懒在劈受划1200舒k粥N河轴力作用努下的柱顶朋荷载与层燕间位移的陆滞回曲线泊如块图已9丹所示，曲六线是相当从饱满的。肯层间悠位移延性香系数为：观缎；效层间脱位移淋为抚h/2油6郑，匀h沿为层高；句实验西中梁的塑幅性角发生眯在半倍的制梁高范围务内，在距屈节赢点闭400m技m舱处梁截面趋的转角延腾性系数为科：醒；绕节点裤的能量耗验散系数为类：沙E懒＝嗽43/2浓2=1.虎95说门共半承澡防话拴抄归瓶图嫂9巡继柱顶荷载绞与层间位冲移的滞回绞曲滨线畅(筋有轴扇力英)柴支赌蝇蒸Figu四re9猾loa庙d-de镇flec春tion苗hys涝tere补sis加loop政s(u绪nder沈axi督alc勿ompr瞒essi状on)虾4拆删模拟节点草核芯区试闲验结果干当水贝平荷载兆为杨100k隶N勤时，试裕件矛LJDB煌0摧1仇在弹性阶捕段变化。旺当水平横阳向荷载达剩到说200k欺N追时，钢板蹲箍有压屈樱现象（如蹈图抵1交0耕所示）。韵螺栓的存侄在限制了无钢板箍的哪屈曲，核葱芯混凝土深处于三向警受压状态院，构件的斥滞回曲线医非常饱满喉，呈理想催的梭形（菊如摸图炒1恒1纠所示），担具有良好驻的耗能性粘能。当横财向位移变冠大时，荷生载没有下统降。向凉容登号图狡10差键试罢件业LJDB早0占1滤破坏窃图后苹司骄勒图烛11甜举试攀件穿LJDB类0查1猎的荷载位盾移滞回曲殖线凝辟庙蝴Figu云re1乓0Fa闻ilur环eof难Spe棚cime厦nLJ齿DB01虎Fig酸ure离11l涨oad-傲defl丈ecti听onh父yste皂resi按slo阶ops顶ofS当peci享men家LJDB槽01侨5虏错实验结果绢分析及建佩议抢袋5.百1确节点核芯宜区抗剪承评载力计算辫值与实验维值对比茅对于养端板螺栓朋连接的节下点，根据借模拟核芯阅区试件的队抗剪试验凭与足尺试案件试验结挥果，实测桶钢板箍应愁变分布中苦间大而两谁边小，高冈强螺栓通蝴过端板施酒压于核芯霸区混凝土辣。钢板箍尺与高强螺疑栓施压都跟对混凝土弃侧向产生厚约束，提扩高了混凝捏土的受压谈承载力，今综合考虑背二者作用宏，体现在稳计算公式州的系数与季约束混凝俊土强姓度缘膝，据此提路出端板螺允栓连接的猛组合梁、优复合螺旋罢箍混凝土吴柱节点抗撞剪承载力伶公式如划（蛮1鼓）式所示库。乱米杏听窗楚杆赚(罚1)咳式中喘略、鹅列为节点的匙宽度和高有度指；窃N弹为柱子的卡轴力，实寺际工程设暴计时，当木霞时取乎颂，界当钥N贱为拉力时旨，绩取筋N巾＝把0劝；晶市为约束混陪凝土的强贩度，按式袖（喊2弓）计算：怒嫂蝶雪君棋滤雾(平2)赚式斥中潜1.严4舒是考虑螺缠栓预拉力偏对混凝土韵和钢板箍尾的约束作伐用；足伟为钢板箍批的体积配念箍率；清封、纺损分别为钢蛇板箍与混所凝土的强葡度。垃将实醋验中对试柏件的节点淡核芯区所焦施加的剪朵力及按公压式条（乐1摄）计算的蒙节点核芯五区的抗剪险承载值列溪入激表抢2绸，对于足辞尺试件：基按式丢（番1批）计算的诊抗剪承载梅力较实验电值岭大脑0.祸5糟％，这是尝合理的，胃因为足尺鄙试件试验亦中发生的蹄梁铰破坏搅，并非节势点核芯区娇的剪切破孩坏，故足柴尺试件节寇点核芯区黎实际承剪梦值比实验有所测值还额要大；对仓于模拟节梅点核芯区枣试件：由刻于实验中冰试件基座区发生破坏饱，真正的取实验所测检抗剪承载逗力值还应笋该增大，冬接近式言（亡1君）计算值怪。肃表气2裳填抗剪承载释力计算值泳与实验值站对比杯Tabl袄e2C柿ompa躬riso笛nbe侨twee徐nca么lcul肉atio肃nva鄙lue枣ofs松hear确cap铲acit刊yan锄dte睬stv磁alue屑of虏shea秧rca膨paci超ty过试件名阻实验所林测钥S(kN裤)辈按公式衡（轮1方）计算副值培T际（蚊k绑N训）抛T爷值异/猫S根值军LJD0庄1惨1434墙.2握1441袜.7霞1.00项5阵LJDB陪01撇272.交9泄292.昏2泥1.07像5.奇2辰构造建议贴本试靠验梁端的珍混凝土部痒分非封闭台箍筋采迫用垮齿，出现了译梁混凝土青压碎与剥阴落、梁的挑负钢筋露待出且被压盖弯的现象疏，故梁端粘接近节点葵区的梁箍乒筋应封闭趟、加捷密收,幻建议采用萄牙。节点核披芯区分为孕有钢板箍况约束部分织和无钢板纱箍约束部践分，对于拥有钢板箍神约束的核芳芯区混凝剩土部分，兵不需要另坟外设置构茶造箍筋，造其本身有扣较强的承蝶剪能力；穴对于无钢训板箍约束拉的核芯区闹混凝土部冲分，建议次设置以下胜的抗剪构治造箍筋，哲沿柱轴线在方向设置绘次的复合箍遍，复合箍巨的形式同碍柱箍筋，淹材料为高衣强钢丝。6结语碑低缓1.撤女试件的层惜间位移延遵性系数达样到鸽4.誉0肉，能量耗图能系数达卫到挠1.9贝5贿，充分说六明端板螺套栓连接的民钢－混凝峰土组合梁眯、连续复模合螺旋箍刃混凝土柱尿节点有较涛好的耗能罩与延性尘。热2.减顾模拟节点殊核芯区实蠢验表明：滔钢板箍能蹦充分发挥踪其约束作俘用，且节山点核芯区顷有较好