钢纤维局部增强高强混凝土框架边节点抗震性能试验研究.pdf
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1、2 0 1 1年 第 7期 ( 总 第 2 6 1期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEOR ETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 7 0 0 5 钢纤维局部增强高强混凝土框架边节点抗震性能 试验研究 张军伟 ,王廷彦 ( 1 郑州大学 新型建材与结构研究中心,河南 郑州 4 5 0 0 0 2 ;2 华北水利水电学院 交通与土木学院,河南 郑州 4 5 0 0 1
2、1 ) 摘要: 通过 3 个钢纤维局部增强框架边节点的低周反复加载试验, 探讨了柱端轴压比对钢纤维高强混凝土框架边节点抗震性能的影响。 结果表明: 随着柱端轴压比的增加, 其对节点核心区混凝土的约束作用逐渐增大, 减缓了抗剪承载力和刚度的退化, 限制了节点核心区剪 切变形, 提高了节点核心区的抗剪承载力、 延性和耗能能力。 关键词: 钢纤维高强混凝土;框架边节点; 抗震性能;轴压比 中图分类号 : T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编 号: 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 7 0 0 1 3 0 4 E xpe r i men t a l i nv
3、e s t i g at i on on s ei s mi c beha v i o r o f h i gh s t r e ng t h c onc r e t e f r ame e x t er i or j o i n t s p a r t i a l ly r e i n f or c e d b y s t e e l f i b e r ZHANG J t m- we i WANG T i n g- y a n ( 1 R e s e a r c hC e n t e r o f Ne w S t y l e B u i l d i n gMa t e r i a l a
4、n d S t r u c t u r e , Z h e n g z h o uUn i v e r s i t y , Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 2 , C h i n a ; 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g and C o mmu n i c a t i o n , No r t h C h i n a Un i v e r s i t y o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o we r , Z h e n g z h
5、o u 4 5 0 0 1 1 , C h i n a ) Abs t r a c t : By t h e e x p e r i me n t a l i n v e s t i g a t i o n and fi n i t e e l e me n t ana l y s i s o f t h e t h r e e s t e e l fib e r r e i n f o r c e d h i g h - -s t r e n g t h c o n c r e t e f r a me e x t e ri o r j o i n t u n d erthel o w c
6、y c l e l o a d i n g , d i s c u s s e dthe i n f l u e n c e o f a x i a l c o mp r e s s i v e r a t i o o n s e i s mi c c a p a c i t y o f t h e j o i n t T h e r e s u lt s h o ws t h a t , thei n c r e a s e o f the a x i a l c o mp r e s s i v e r a t i o e n h a n c e s t h e r e s t ri c
7、t i o n r o l e t o t h e j o i n t c o r e a r e a c o n c r e t e , s l o w s d o wn the d e g e n e r a t i o n d e g r e e o f s h e a r i n g - r e s i s t a n c e c a p a c i ty a n d r i g i d i ty, l i mi t s the s h e a r i n g d e f o r ma t i o n o f t h ej o i nt C O re a r e a , e nha n
8、 c e s the s h e a r i n g r e s i s t a n c e c a p a c i ty o f the c o r e a r e a , t h e j o i n t d u c t i l i ty a n d t h e e n e r g y d i s s i p a t i o n c a p a c i ty K e ywo r d s : s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e ; f r a me e x t e r i
9、o r j o i n t s ; s e i s mi cb e h a v i o r ; a x i a l c o mp r e s s i v e r a t i o 0 引言 在配筋密集的框架节点区域中掺人钢纤维不但可以显著 增强其受力性能, 而且还能够明显改善节点区域钢筋的拥挤状 况 , 降低施工难度 , 在高强混凝土框架节点 中掺人钢纤维已成 为一种有效的增强和增韧方法受到了极大的关注。 但是, 国内 外对低周反复荷载作用下钢筋钢纤维高强混凝土框架节点抗 震性能的研究很少 , 尤其需要探讨不同柱端轴压比的钢筋钢纤 维高强混凝土框架节点的受力机理和抗震性能。 因此 , 本研究 通
10、过 3个钢纤维局部增强混凝土框架边节点试件在低周反复 荷载作用下的试验研究 , 探讨了柱端轴压比对此类框架边节点 受力机理和抗震性能的影响。 1 试 验 概 况 选取承重框架中间层端部上、 下柱和梁反弯点之间的平面组 合体作为试件模型, 为实际结构尺寸的 1 2 。 按照G B 5 0 0 1 0 - - 2 0 0 2 钢筋混凝土结构设计规范 1 的有关规定, 采用的试件尺寸和 配筋如图 1 所示。 试件制作时的有关参数稍有变化 , 分析时以每 个试件的实际参数为准。 小8 1 0 0 8 1 0 0 4 2 2 8 2 0 0 l l I 1 1 3 0 0 士 由 8 1 0 0 图 1
11、 节点试件的尺寸和 配筋 图( 单位 : mm) 试验以框架节点柱端轴压比为参数, 见表 1 所示。 节点核心 区及其梁端 1 2 梁高范围内采用体积率为 1 的 C F 6 0 钢纤维 高强混凝土, 其余部分用 C 6 0 高强混凝土。 试件制作时, 采用钢 锭铣削型纤维( AM1 0 4 3 2 6 0 0 ) , 其长径比为 3 5 - -4 0 、 等效直径为 收稿 日期 :2 0 1 1 _ J 0 l l 8 基金项目:国家自然科学基金( 5 0 6 7 8 1 5 9 ) ; 河南省创新型科技人才队伍建设工程( 0 9 4 1 0 0 5 1 0 0 0 9 ) 1 3 。 I
12、: 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 注 : h为梁截面高度 , h = 2 5 0 mm; 所有试件 柱端钢纤维掺 加范 围均 为 5 0mm。 0 9 4 n l l T I 、 抗拉强度7 0 0 MP a ; 4 2 5级高强硅酸盐水泥, 细度模 数为 2 9 1 的中粗砂, 最大粒径 2 0 rai n、 连续级配的石子; 减水剂 为 J K H一 1 型粉状高效减水剂( F D N) , 减水率为 1 8 - - 2 5 。 同时, 在制作时每个试件均分别预留混凝土和钢纤维混凝土材性试 块各 1 2个 , 用于测试试件的立方体抗压强度、 轴心抗压强度、
13、 劈拉强度、 弹性模量和泊松比。 试验采用多通道电液伺服动态疲劳试验系统进行梁端低 周反复加载, 柱端采用固定在承力架上的 2 0 0 0 k N油压千斤顶 施加轴向荷载。 试验时先在柱顶用油压千斤顶对试件施加轴 向 荷载直至达到预定的轴压比值, 并在试验过程中保持不变, 然后 由梁端的电液伺服作动器施加低周反复荷载( 或位移) 。 试验的 前两个循环采用控制作用力加载 , 其中第一循环加载至试件屈 服荷载计算值的 7 5 , 用来模拟正常使用阶段的受力状况。 由于 研究的重点在于试件的塑性变形阶段, 第二循环直接加载至试 件屈服状态。 之后采用控制位移加载, 取梁端屈服时位移的倍数 逐级加荷
14、, 在每一级位移值情况下循环 2次 , 直至第 n次循环 的极大荷载值低于最高荷载值的 8 5 左右, 试件破坏。 2结果 分析 钢筋钢纤维高强混凝土框架边节点试件的试验结果, 见表 2 所示。 对比试件 C 一 1 和试件 B 2的试验过程, 试件 B 2梁端和核 心区的初裂荷载均要高于试件 C 1 , 破坏时的裂缝宽度也均小于 试件 C 一 1 。 对比试件 C 一 2和试件 B 2的试验过程, 两者的梁端初 裂荷载相同, 但是试件 C 2 核心区的初裂荷载较小, 且试件 C 2 的裂缝宽度稍大于试件 B一 2 。 可见, 增大轴压比, 增强了对节点 核心区混凝土的约束作用 , 提高了节点
15、核心区的抗剪能力和延 性性能, 使得梁端塑性铰发生外移。 但是, 稍大的轴压比会造成 核心区未循环之前就产生了裂缝, 从而影响节点的抗震性能。 表 2 节点试 件试 验结果 试件 初 裂状态 屈服状态 极 限状态 编号 荷载 k N 位移 m m 荷载 k N 位移 n u n 荷载 k N 位移 m m 2 1 滞回曲线及骨架曲线 框架边节点滞回曲线和骨架曲线的对比如图2 4 所示。 结 果表明, 随着轴压比的增加 , 滞回曲线更加饱满 , 骨架曲线覆盖 面积也有所增大, 极限荷载、 极限位移和循环次数均有一定增 加。 例如 , 试件 B 2的滞回曲线比试件 C 1的滞回曲线饱满, 其 骨架
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