低周反复荷载下装配整体式混凝土框架边节点的抗震性能.pdf
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1、第 2 7卷 第 2期 2 0 1 0年 6月 建筑科 学与 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g Vo 1 2 7 NO 2 J u n e 2 0 1 0 文 章 编 号 : 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 6 卜O 6 低周 反复荷载 下装 配整体 式混凝土 框 架边 节点 的抗震性能 窦祖 融 ( 1 万科企业股份有 限公司 , 广东深 ,王 怡 , 薛伟辰 5 1 8 0 4 9 ;2 同济大学建筑工程系 , 上海2
2、0 0 0 9 2 ) 摘 要 : 以某 1 8层 装 配整体 式 混凝 土框 架 工程 为 背景 , 按 照 “ 强柱弱 梁” 、 “ 强 节点 弱构件 ” 的原 则设计 试件 , 取其标准层 中典型的普通剪跨 比边节点和短剪跨 比边节点进行低周反 复荷载下的足尺模型 试验 , 对 装 配整体 式 混凝 土框 架边 节点 的破 坏 形 态 、 滞 回 曲线 、 位 移延 性 、 耗 能能 力 、 剪切 变形 进 行 了 系统 的研 究 。结果表 明 : 2个装 配整 体 式 混凝 土框 架 边 节 点在 低 周 反 复荷 载 下 均 具有 较 大的 安 全储备 ; 普 通 剪跨 比边 节 点
3、和短 剪跨 比边 节点 的破 坏形 态分 别 为梁 端 弯曲破 坏和 梁端 剪切破 坏 , 此 时梁 端纵 向钢 筋屈服 , 而柱 内纵 向钢 筋 和核 心 区 内箍 筋在 整 个 受力过 程 中均 处于 弹性状 态; 发 生 弯 曲破 坏的普 通 剪跨 比边 节 点 的耗 能 明显 高于发 生剪切 破 坏 的短剪 跨 比边 节点 的耗 能 。 关 键词 : 装 配整体 式混凝 土框 架 ; 边 节点 ; 低 周反 复荷 载 ; 延性 ; 耗 能 ; 滑移 中图分 类 号 : TU3 7 文献标 志 码 : A S e i s m i c Pe r f o r m a n c e o f Pr
4、 e c a s t M o no l i t h i c Co n c r e t e Fr a m e Ex t e r i o r Co nn e c t i o n s Und e r Lo w Cy c l i c Lo a d i n g DOU Zu r on g ,W ANG Yi ,XUE W e i c he n ( 1 Chi n a Va nke Co,I t d ,She n z he n 51 80 49,Gu a ngd on g,Chi na;2Dep a r t me nt of Bu i l di n g En gi ne e r i n g, To n g
5、 j i Un iv e r s i t y ,S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2,Ch i n a ) Ab s t r a c t :Ta ki n g a n e i gh t e e n s t o r y pr e c a s t m o no l i t hi c c o nc r e t e f r a m e e n gi ne e r i n g a s b a c k gr o und, d e s i g n i n g t h e s p e c i me n s i n t e r ms o f t h e o b j e c t i v e o
6、f s t r o n g c o l u mn we a k b e a m a n d s t r o n g j o i n t we a k e l e me nt ,t he f u l l s c a l e m o d e l t e s t s o f t wo d i f f e r e n t t y pi c a l s he a r s p a n r a t i o c o nne c t i o n s wi t h c o m p os i t e be a m s a n d c a s t i n p l a c e c o l u mns we r e c
7、a r r i e d OUt un de r l o w c y c l i c l o a d i ng Fa i l u r e mo d e,hy s t e r e s i s c u r v e , d i s pl a c e me nt a n d du c t i l i t y,e ne r g y d i s s i p a t i o n c a p a c i t y,s he a r d e f o r ma t i o n o f p r e c a s t mon ol i t hi c c o nc r e t e f r a m e e x t e r i
8、o r c o nne c t i on s we r e s ys t e ma t i c a l l y s t ud i e d The r e s ul t s s ho w t h a t t he t wo pr e c a s t mon ol i t h i c c o nc r e t e f r a m e e xt e r i or c on ne c t i ons ha ve l a r ge s a f e t y m a r g i ns u nd e r l o w c y c l i c l oa di n g The c o nne c t i ons w
9、i t h n or ma l s he a r s pa n r a t i o f a i l i n be n di n g a nd s h or t s h e a r s pa n r a t i o f a i l i n s he a r i n g a t t h e f i xe d b e a m e n ds Th e l o ng i t ud i n a l s t e e l b a r s a t t h e f i x e d b e a m e n d y i e l d wh i l e t h e l o n g i t u d i n a l s t
10、e e l b a r s i n t h e c o l u mn a n d t h e j o i n t h o o p s k e e p i n e l a s t i c s t a t e The c on ne c t i o ns wi t h no r ma l s he a r s p a n r a t i o ha ve b e t t e r e ne r g y d i s s i p a t i o n t h a n c o nn e c t i on s wi t h s ho r t s he a r s p a n r a t i o Ke y wor
11、 d s:pr e c a s t m o no l i t hi c c o nc r e t e f r a me;e xt e r i or c o nn e c t i o n;l o w c y c l i c l oa di n g;du c t i l i t y; e ne r gy d i s s i p a t i o n;s l i p 收 稿 日期 : 2 0 1 0 0 5 0 4 基金项 目: 困家 自然科学基金项 日( 5 0 8 7 8 1 6 7 ) ; 上海 市城 乡建设 和交通委员会科研项 目( 2 0 0 9 作者简介 : 窦祖融( 1 9 7 5) ,
12、 男 , 江苏南京人 , 工学 博士, E ma i l : x o e w c ma il t o n g j i e d u C n 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 建筑科 学与 工程 学报 2 0 1 O年 0 引 言 与现 浇混 凝 土结 构 相 比 , 预制 混凝 土 结构 具 有 现场施 工作业 少 、 施工 速 度 快 、 经 济效 益 高 、 耐久 性 好等优 点 , 在 日本 和欧 美 许 多 国家 已作 为一 种 主要 的结构 形式被 大 量应 用 。 目前 , 预 制 混凝 土 结构 在 美 国土木 工 程 结 构 中 的 比重
13、 达 3 5 , 在 俄 罗 斯 为 5 O , 在欧 洲则 为 3 5 4 O , 在 日本 也得 到 了较 广 泛 的应 用 。根 据预 制构件 所 占比例 以及 施工 方 法的不同, 预制混凝土结构主要可分为装配式和装 配整体式 2种 结 构形 式 。 。在 装 配 式 预制 混 凝 土 框 架 中 , 梁 、 板 、 柱 均为 预制 , 整 体结构 通过 焊接预 埋 件 或连接 预埋螺 栓而形 成 。装 配整体 式预 制混凝 土 框架 中 , 梁 、 柱部 分预制 或预制 构件通 过现 浇节点 连 接成结构。装配式框架结构具有工业化程度高 、 施 工速度快等优点, 也存在预制梁 、 柱
14、钢筋接头焊接量 大 、 工 序繁杂 、 框架 节 点 的整 体 性相 对 较 差 等缺 点 。 与装 配式框架 结构 相 比, 装 配整 体 式框 架 结 构具 有 抗震性 能好 、 综 合经济 效益 高等优 点 , 但 也存在 施工 速度相对较慢、 现场仍有部分湿作业等缺点。已有 研究 表 明 , 节点是 影 响 预制 混凝 土 框 架 结构 抗 震 性 能 的主要 因素 。 目前 , 各 国 已对 预 制 混 凝土 框 架 节 点的抗震性能开展 了试验研究 。文献 4 中对 1 O 个 预应 力度不 同 的预 制预应 力梁 、 柱节点 进行 了试验 , 结果表 明 , 穿 过核心 区 的梁
15、 中部 预 应力 筋 可 以显 著 提高节点核心区的抗剪强度。文献 5 中通过预制 边 节点 的试验研 究 , 提 出按 照 新 西 兰抗 震规 范进 行 配 筋设计 的预制 节点 具 有 较 高 的承 载 能力 、 较 好 的 延 性 和 耗 能 能 力 , 能 够 应 用 在 延 性 框 架 中。文 献 6 J 、 7 中通过足尺模型对 比试验, 对高强混凝土后 浇整体 式梁 、 柱组合 件 和 高强 钢 纤 维 混凝 土 后 浇整 体式梁柱组合件的破坏形态 、 延性 、 强度和耗能指标 进 行 了研 究 。文献 E 8 中通 过 4个不 同位 置 的装 配 整 体式框 架节点 的 足 尺
16、模 型试 验 , 对 低 周 反 复荷 载 下装配整体式框架节点的破坏形态、 滞回曲线、 位移 延性 、 刚度退 化 、 耗 能 能力 、 预 制梁 与 预制 板 之 间 和 预制板与现浇板之 问的滑移等进行 了较系统 的研 究 。 目前 , 各 国开展 的有关 试 验 研 究工 作 主 要是 针 对梁、 柱均为预制构件的框架节点 , 而有关装配整体 式 框架节 点 的试 验 研究 很 少 , 在 各 国现 行 规 范 中也 几乎 没有相 关 内容 。 本文 中笔 者 以万 科集 团青 群楼 公 寓一 幢 1 8层 装配 整体式 混凝 土框 架 工程 为 背 景 , 对 普 通 剪跨 比 和短
17、剪跨比装配整体式混凝土框架边节点在低周反 复荷 载作用 下 的破坏 形态 、 滞 回曲线 、 位 移延性 和耗 能能 力等抗 震性 能进行 了较 为 系统的试验 研究 。 l 试验设计 1 1试件 设计 试 验的 2个试 件分别 为 1个普通 剪跨 比边节点 和 1 个短 剪跨 比边 节 点 足尺 模 型 试件 , 试 件 参 数见 表 1 。考虑 到上 部传 下 来 的竖 向荷 载 , 柱 的试 验 轴 压 比均取 为 0 5 。 表 1试件参数 Ta b 1 Pa r a me t e r s of S p e c i me n s 试件编号 P C J 一 2 P C J 一 4 节点类
18、型 装配整体式框架边节点 装配整体式框架边节点 剪跨 比 3 1 7 1 4 3 2个试件的具体尺寸和配筋见图 1 。通过以下 措 施提 高混凝 土框 架 节点 的整 体性 : 预 制 板 表面 拉 毛 处 理 后 , 其 凹 凸 不 小 于 4 mm, 现 浇 层 厚 度 1 0 5 mm, 预埋 桁架 钢 筋增 加 接 合 面 的抗 剪 能 力 ; 预制梁顶面设凹槽保证现浇截面高度大于梁截面的 1 3 ; 梁端 设 凹槽 的剪 力键 以增强 梁端竖 向接合 面 的抗剪 能力 。 现浇及预制混凝土强度等级均为 C 5 O , 梁 、 柱内 纵筋采 用 HRB 4 0 0级 钢 筋 , 梁 、
19、 柱 内 箍 筋 及 板筋 采 用 HRB 3 3 5级钢 筋 。全 部 试 件 均 在 上 海 市建 筑 制 品有限公 司第 三构件 厂制 作和浇 筑 。钢 筋 的实测力 学性 能 见 表 2 , 试 验 时 现浇 和预 制混 凝 土 的 实测 力 学性 能见 表 3 。 1 2 加 载装置 与加 载制 度 2个试件均采 用 柱顶加 载 方式 , 加 载装 置如 图 2 所示 。试验均在 同济 大学建 筑结构实验室 1 0 0 0 0 k N 多 功能试 验机 上进 行 , 该 试 验机 可 以 通过 闭环控 制 考虑 荷 载 位 移 ( P) 效 应 的 影 响 。 2个 试 件 均 用
20、1 0 0 0 0 k N液 压 千 斤 顶施 加竖 向 荷 载 N, 加 至 预 定 试验 轴压 比后 , 再 在 上 柱顶 施 加 水平 低 周 反复 荷 载 P; 在施 加竖 向荷 载过程 中保 持 梁端 处 于 自由状 态 , 以避免 柱身变 短而 在梁 内产生 附加弯矩 。 水平 加载 按 照 建 筑 抗 震 试 验 方 法 规 程 ( J G J 1 0 1 9 6 ) 中规定 的标 准加 载方法 荷 载位移 混合 控制 的加载方法进行, 在试验过程中保持柱顶轴 向 力的大小不变。试件开裂前以荷载控制进行加载, 开裂 后 以位 移控 制进 行 加 载 , 每 级 位 移 为 n i
21、l 2 0 0 ( 1 , 层高 H一3 0 0 0 ram) , 开裂后 每级 位移下循环 3次。加载制度如图 3所示, 其中, P 为开裂荷载。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 窦祖 融, 等 : 低周反复荷载下装配整体式混凝土框架边节点的抗震性能 6 3 厂 离 茬 预 制 粱 _ 1 端 头 锚 锚 匮 隧 删 鞭 鹈 黧 搿 麟 瓣 1 1 1 截 面 22 0 0 1 Q 一 2 - 2 截 面 ( a ) 试 件P C J - 2 880 8 00 哥 _一 墨 Q Q 1 , l 截 面 T 号 土 上 现 浇 层 一 一 预 制 板
22、 一 预 制 梁 2厂 端 头 锚 锚 匿 墨羔 T 2L 一 。l 毋1 4 7 0 1 L 1 2 2 o o _ 三 Q I 2 - 2 截 面 f b 1 试件P C J 一 4 l j 土i 图 1 试件 的尺寸与配筋 ( 单位 : ram) Fi g 1 Di m e n s i o ns a nd Re i nf o r c e m e nt s of S p e c i me n s( Un i t : mm) 1 3 量测 内容 量测 内容 主要 包括 : 竖 向荷 载及 水平 荷 载 ; 柱顶 侧移 ; 核心 区 内箍筋 应 变及 梁 、 柱交 界处 纵筋 应变 ; 节点
23、核 心 区 的剪 切 变 形 ; 预 制 梁 与 预 制 板、 预制板与现 浇板之 间的相对滑移等。采用英 国 S o l a r t r o n S I 3 5 9 5 1 B I MP数 据 采 集 系 统 进 行 数 据 采集 。 表 2 钢 筋 的 实 测 力 学 性 能 Tab 2 M e a s u r e d M e c ha ni c a l Pr o p e r t i e s o f St e e l Ba r s 钢筋直径 屈服强度 极 限强度 弹性模量 延伸率 f y MP a f MP a E。 1 0 MP a 1 0 3 6 1 5 0 2 1 8 O 2 7 1
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- 关 键 词:
- 反复 荷载 装配 整体 混凝土 框架 节点 抗震 性能
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