新型方钢管混凝土梁柱节点抗震性能研究.pdf
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1、第 2 9卷 第 2期 2 0 0 7年 4月 重 庆 建 筑 大 学 学 报 J o u r n a l o f Ch o n g q i n g J i a n z h u Un i v e r s i t y Vo1 29 NO 2 Apr , 2 0 0 7 新型方钢管混凝土梁柱 节点 抗震性 能研究 王先铁 , 郝 际平 , 孙 彤。 潘 阳 , 任青青 , 马 山积 , 李 娜 ( 1 西安建筑科技大学 西建大一莱钢钢结构研发中心 ,陕西 西安7 1 0 0 5 5 ; 2 山东莱钢建设 有限公司 ,山东青 岛 2 6 6 O 7 1 ) 摘 要 : 通过低 周反 复加 载试验 对
2、 3个 内隔板 一 面贯通 式 节点进 行 了试验研 究 , 研 究 了不 同轴压 比情 况 下 节 点 的 滞 回性 能 、 强 度 及 刚度 退 化 、 延 性 、 耗 能 性 能 及 破 坏 特 征 。试 验 结 果 表 明 , 试 件 的 层 问位 移 延 性 系 数 为 2 1 1 2 3 2 , 峰 值 荷 载 时 的 能 量 耗 散 系数 为 1 1 4 1 1 5 0 2 。提 出 了 抗 震 设 计 、 研 究 建 议 。 关 键词 : 方钢 管混 凝土柱 ;梁柱 节点 ;内隔板 贯通 ;试 验研 究 ;抗震 性 能 中图分类 号 : TU3 8 6 文献 标识 码 : A
3、文章编 号 : 1 0 0 6 7 3 2 9 ( 2 0 0 7 ) 0 2 0 0 7 3 0 5 Ex pe r i m e nt a l S t u d y o n S e i s m i c Be h a v i o r o f Pe ne t r a t e d I n t e r i o r Di a p hr a g m o n On e S i d e Be a m - t 0一 Co l u mn Co n ne c t i o n f o r Co nc r e t e - Fi l l e d S q u a r e S t e e l Tu b e W ANG Xi
4、a n t i e ,HAO J i p i n g ,S UN To n g 。 PAN Ya n g ,REN Qi n g q i n g ,MA S h a n j i ,LI Na ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g ,Xi a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e& Te c h n o l o g y,Xi a n 7 1 0 0 5 5,C h i n a ; 2 S h a n d o n g La i g a n g Co n s t r u c t i o n C o Lt d ,Q
5、i n g d a o 2 6 6 0 7 1,Ch i n a ) Abs t r a c t :A t o t a l o f t hr e e e xp e r i me nt a l s pe c i me n s o f pe n e t r a t e d i n t e r i or di a phr a gm o n o n e s i d e ha d b e e n t e s t e d u nd e r l o w c y c l i c r e v e r s e d l o a d i ng t O s t ud y t he h ys t e r i c be h
6、a v i o r,s t r e n g t h a n d s t i f f n e s s d e g r a d a t i o n,d uc t i l i t y, e ne r gy di s s i p a t i o n c a pa c i t y a nd t he f a i l u r e mo de s The o nl y di f f e r e nc e of a l l s pe c i me n s wa s t he a x i a l c o m p r e s s i o n r a t i o Exp e r i me n t a l r e s
7、 u l t s s ho w t ha t t h e s t or y d r i f t d uc t i l i t y r a t i o s a r e 2 1 1 2 3 2,a nd t he e ne r gy di s s i p a t i on r a t i os a r e 1 1 41 1 5 0 2 a t t he p e a k l oa dAdd i t i o n a l a nt i s e i s m i c d e s i gn a nd r e s e a r c h r e c omme n da t i on s a r e p r e s
8、e nt e d Ke y wo r d s:c o nc r e t e f i l l e d s t e e l s qu a r e t ub ul a r c o l umn; b e a m t o c o l u mn c o nn e c t i o n; t h r o u gh i n t e r i or di a p hr a gm ; e xp e r i me n t a l s t u dy; s e i s mi c b e ha v i or 方 钢管 混凝 土结 构 以其 优 越 的力 学 性 能 、 建筑 适 应性 和经 济 性 在 我 国 得 到 了 越
9、 来 越 广 泛 的 应 用 。 其 中应 用最 多 的是 由方钢 管 混 凝 土 柱 与 H 形 钢梁 组 成 的框 架体 系 。内隔板 式节 点是这 种体 系中研究 和应 用最广泛的节点形式之一。Mo r i t a等对 内隔板式节 点进行了梁端加载 的伪静力试 验研究 “ , 首次利用 屈 服线理 论 得 出 了节 点 的抗 拉 及 抗 剪 承 载力 计 算 公 式。J o n g S e o k等采用“ 强梁弱柱” 的十字形节点对开 圆孔 和方 孔 的 内隔 板 式 节 点 进 行 了 试 验 研 究 _l 5 , 研 究了内隔板厚度、 内填混凝土等对 节点性能 的影 响。 吕西林等采
10、用梁端加载的伪静力试验研究了全焊内隔 板式节点的抗震性 能 , 参考 Mo r i t a的研究成果提 出了内隔板式节点的抗剪承载力计算公式 。周天华等 通过 拟静 力试 验对 6个 内隔板 式全 焊接 和栓焊 混合 连 接节点进行了足尺试验研究 , 借鉴型钢混凝土框架节 点 的研究 成果 建立 了“ 框架 一剪 力 墙” 与 混凝 土 “ 斜压 短柱” 受力 体 系, 提 出 了节点 的抗 剪 承载 力计 算公 式_ l8 。内隔板式节点对焊接箱形柱是可行的, 但是当 箱形 柱截 面较 小时 , 内隔板 的焊 接 必 须 采用 加 工 制作 成本较高的“ 熔化咀电渣焊” , 施工质量较难控制
11、, 吕西 林 、 周天华的试验 中均发生 了由于内隔板焊缝质量不 佳或内隔板与梁翼缘未对齐而导致的破坏。针对这种 情 况 , 提出 了 内隔板一 面贯 通 方钢 管 柱 壁板 的节 点 连 接 型式 , 避 免 了 “ 熔 化 咀 电 渣 焊 ” , 降低 了加 工 制 作 造 价 , 易于确保节点域的施工质量。为 了考察这种节点 的抗震性能, 通过低周反复加载试验对其进行 了试 验 * 收稿 日期 : 2 0 0 6 1 2 2 7 作者简介 : 王先铁 ( 1 9 7 9 一) , 男 , 湖南常德人 , 博士生 , 主要从事钢管混凝土结构研究。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e
12、 t u t u .c o m 7 4 重 庆 建 筑 大 学 学 报 第 2 9 卷 研 究 。 1 试验概况 以平面 十字 形 节点 为 研究 对 象 , 柱 底 和 粱端 分 别 以理想 的平面 内不 动铰 和 可 移 动铰 约 束 , 柱 顶施 加 恒 定竖向荷载的同时施加低周水平反复荷载, 模拟节点 在地震 中 的受力 情况 。 1 1 试 件 试验共设计 了 3 个试件( 见 图 1 ) 。方钢管柱及钢 梁 采用 Q2 3 5 B钢 材 , 内 隔板 采 用 Q3 4 5 B钢 材 方 钢 管柱、 隔板及梁柱节点均采用手工焊 。钢梁与方钢管 柱 的连接采用全焊连接, 翼缘 与方钢管
13、柱壁板采用双 面焊, 钢梁腹板与方钢管柱连接 采用双面角焊缝。钢 梁 与 内隔板贯 通一 侧翼缘 采 用双 面焊 , 腹 板采 用 1 0 9 级 M2 4摩擦型高强螺栓连接。方钢管 内填 C 4 0素混 凝 土 , 在 实验 室手 工 浇捣 并 养 护 。主要 材 性试 验结 果 见 表 1 示 。 表 1 试件主要材料材性试验结果 图 1 试 件 主 要 尺 寸及 节 点部 位不 意 图 1 2 试验装 置及 测点布 置 试 验装置 如 图 2所示 , 水 平加载 采 用 M2 8 0 1电液 伺服程控结构试验系统 , 由 5 0 0 k N 电液伺服作 动器 施加柱顶水平往复荷载 , 作
14、动器行程2 5 0 mm。竖向 加载使用 2 0 0 0 k N油压千斤顶 , 千斤顶与反力梁之间 设置滚轮装置 ( 见图 3 ) , 以使千斤顶 随柱顶保持实时 水平移动, 数据采集使用 TD S 6 0 2数据采集仪, 节点域 及梁端位移计布置如图 4所示 。 1 3 加载 制度 柱 顶竖直 方 向 : 分别 对应 于轴压 比 0 2 0 ( S P S TI 一 1 ) , 0 2 5 ( S P S T I 一2 ) , 0 3 0 ( S PS TI 一3 ) 施 加柱 顶竖 向荷载 。 图 2 试验装置 图 3 柱顶滚轮装置 图 4位 移 计 布 置 图 柱顶 水平方 向 : 初
15、步预 估 试 件 由于 梁 端形 成 塑性 铰而破坏 , 故加载分为两阶段 。弹性阶段 采用荷载控 制 , 分三级 单循 环加 载 至试 件 达 到梁 端 弹性 极 限状态 时 的柱顶 水平荷 载 P 。根据 材性 试 验结 果 、 试 件 几何 尺 寸及加 载装置 尺 寸估 算 当梁 翼 缘 进入 屈 服 时 , 不考 虑 P一效应及柱顶摩擦情况下对应的柱顶水平作动 器荷 载 约 为 1 0 4 k N, 取 P 一 1 0 5 k N。试 件 进 入塑 性 后采用位移控制 , 以弹性极限位移 的倍数加载 , 每 级循 环三 周 , 直 至试件 破坏 。 2 试验过程及破 坏特征 S P S
16、 T I 一1 : 内隔板伸出端位于西面。荷载控制 阶段 , 第一 、 二步荷 载 分别 为 3 5 k N、 7 0 k N, 各 循 环一 圈; 第三步荷载为 1 0 5 k N, 此时 , 柱顶位移约 5 0 mm, 取 一5 0 mm, 循环三圈。此后 , 以 的倍数控制加 载 , 每 级循 环三 圈 , 直至试 件破 坏 ( 见 图 5 a ) 。 在 1 5 A 循环 中, 第一圈推至 7 5 mm时西边上隔 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 王先铁, 等: 新型方钢管混凝土梁柱节点抗震性能研究 7 5 板与梁 上翼缘 连接 焊 缝
17、 中间下 底 面 出 现裂 纹 ; 第 二 圈 拉至 7 5 mm 时 , 西 边 梁 端 上 翼 缘 微 屈 。在 2 A 循 环 中 , 第一 圈推 至 8 2 mm 时 , 东 边 梁 下翼 缘 北 侧 梁 柱 连 接 焊缝被 撕裂 , 裂 缝 长度 约 为 2 0 mm( 见 图 5 b ) ; 拉 至 6 1 mm 时 西边 梁 上翼 缘 与 隔板 连 接 处 梁 翼 缘 一 侧 屈 曲加 剧 , 波高 约 2 0 mm, 东 边 梁 上翼 缘 北 侧 梁 柱 连 接 焊缝根部被撕裂 , 并伴有巨响; 第二 圈推至 4 8 mm 时 西边梁上翼缘与隔板连接焊缝被拉断( 见图 5 c
18、) , 伴有 巨响; 同时, 东边 梁下翼缘 南侧焊缝端 部撕裂 ( 见 图 5 d ) 。从 撕裂后 裂缝 发 现 东边 下 翼 缘 北侧 焊 缝 存 在 明 显 的夹渣 缺陷 。 s P s TI 一2 : 内隔板伸出端位于西面。荷载控制 阶段 , 第一 、 二步荷载分别为 3 5 k N、 7 0 k N, 循环一圈; 第 三 步荷 载 为 1 0 5 k N, 此 时 , 柱 顶 位 移 约 4 3 mm, 取 一4 3 mm, 循环三圈。此后 , 以 的倍数控制加载 , 每级循环三圈, 直至试件破坏( 见图 5 e ) 。 一 一 一 一 一 一 墨 图 5 试 件典 型破坏照片 在
19、 6 4 5 mm第一圈推至峰值时东边梁上翼缘南 侧微 曲; 第二圈推至 6 4 5 mm时内隔板伸出端南侧钢 梁下 翼缘 屈 曲 ; 第三 圈拉 至 6 4 5 mm 时西边 下翼 缘 隔 板与 方钢 管柱 壁连接 角 焊 缝 被 撕裂 , 由南 向北 一 直 贯 通整 个隔板 宽 度 。在 8 6 mm 循 环 中 , 第 一 圈 推 至 8 6 mm 时西边 梁 与 内隔板连 接处 钢梁 下翼 缘 及 东边 梁 上 翼缘南侧屈曲加剧 ( 见图 5 f ) ; 拉至 8 6 mm 时 , 西边梁 上翼缘与伸出内隔板连接处由于未对齐 , 下翼缘伸出 内隔板 与柱壁 焊缝 撕 裂 宽 度 约
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- 关 键 词:
- 新型 钢管 混凝土 梁柱 节点 抗震 性能 研究
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