钢管混凝土框架梁柱刚性节点的实验研究.pdf
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1、第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年 钢管混凝土框架梁柱刚性节点的实验研究 许超 U.古林建筑工怪学院 卞延彬 长赛1 3 0 0 2 1 ) 摘要: 本文根据3 种常见的钢筋混凝土框架梁柱刚性节点的实脸研究, 进一步脸证了 刚性节点 传 力性能与工作机理, 并与浇灌混凝土之前的空钥管框架梁柱刚性节点的传力性能进行了比较, 给出了每种 形式 节点处复杂高应力区的范围。 关键词: 钥管混凝土; 框架; 刚性节点 1 试验概况 1 . 1试件的设计及制作 本试验试件为平面框架中梁柱刚性节点,模拟多 层框架结构中梁柱节点的受力情况, 设 计了三组3 种实际工程中常见的 不同的节点形
2、式,每种节点柱子两侧与梁的连接方式都 不同,以作比较,每组制作两个试件,试件材料见表一: 表一 试件尺寸 众 T . L ( m m ) 截面 尺寸 ( 画2 ) 钥管强度 f y ( N / m m ) 含钢率 a明s / A c 钢管弹性棋 t E s 钢管泊桑 比 us 混凝土强 度 f c 0 ( N /画J ) 混凝土标模重E s ( N /回; ) 1 1 4 X4 X 2 0 0 0 1 2 8 23 0 1 . 30 . 1 5 71 . 9 8 9 X 1 00 . 2 8 22 6 . 72 . 8 6 8 又1 0 1 1 4 X4 X 2 0 0 0 1 3 8 23
3、0 1 . 30 . 1 5 71 . 9 8 9 X 1 00 . 2 8 2 2 6 . 72 . 8 6 8 X 1 0 1 1 4 X4 欠 2 0 0 0 1 3 8 22 8 0 . 7 0 . 1 5 71 . 9 8 9 X 1 00 . 2 8 22 6 . 72 . 8 6 8 X 1 0 1 1 4 X4 X 2 0 0 0 1 7 0 92 6 8 . 80 . 1 2 51 . 9 8 9 X 1 00 . 2 8 32 6 . 72 . 8 6 8 X1 0 作者简介:许超,男,1 9 5 7 . ,工学硕士,较授, 吉 林省教育厅基金资助项目, - 7 8 2-
4、第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年 1 . 2加载及测试方法 在试件没有浇灌混凝土之前,先对空钢管梁柱节点 进行弹性范围内的加荷试验。加荷 分四 种情况, 第一种情况:由压力机先对空钢管进行轴心受压试验;第二种情况:用千斤 顶对 L( 左) 侧钢梁加竖向 集中荷载,同时由 压力机对钢管柱施加一不变的轴向压力:第 三种情况: 用千斤顶对R( 右) 侧钢梁施加竖向集中荷载; 第四种情况:对空钢管柱施加竖 向 轴心荷载的同时用千斤顶对柱两侧的钢梁施加同 步对称竖向 集中荷载。 试件浇灌完混凝土并在自 然条件下养生4 0 天后, 对钥管混凝土试件( C F S T ) 进行试验。
5、前三种加载方式与空钢管试件相互对应, 第四种加载方式为在压力机对钢管混凝土柱逐级 施加轴心压力的同时, 对柱两侧的钢梁同时施加同步竖向 集中荷载直至钢管混凝土柱或钢 梁与柱的 焊缝破坏, 在每一级荷载的 作用下, 分别测出 工字型钢梁端部的位移。 2 试验结果及分析 2 . 1 钢管混凝土节点的应力实测与分析 钢管混凝土框架梁柱刚性节点在外荷载作用下, 通常受到弯矩、剪力和轴力的作用。 对于我们所设计试验的节点,取其中两种不利的加载方式进行分析。其一为对节点某一侧 钥梁施加一竖向集中荷载,模拟节点受弯矩与轴力共同作用的情况;其二为对节点两侧钢 梁同时施加竖向 对称集中 荷载,模拟节点受二个对称
6、纵向 剪力与轴力共同作用的情况。 其 荷载形式与计算简图见图1 和图2 e 告 N守 N M= Ve 奉Nb) 十lsesese|十十 冲支门习书乃 Ne . ( a ( b ) 图1节点受弯矩和轴 力作用 ( a ) 图2 - 1 5 - 点受A个对称纵 l rt l 剪力 与轴力作用 空钢管与钢管混凝土试件在上述荷载作用下, 其节点附近各测点的 纵向 压应力可由 广义 虎克定律确定。 a 3 S ES ( e 3 + us x: 1 ) / ( I - u S s ) 式中 口 3 5 钢管的纵向压应力: us 塌管在弹性阶段的泊桑比; e l , e 3 分别为钢管的环向 拉应变和纵向
7、压应变的实测值; E S 钢管的弹性模量; - 7 9 3- 第十九届全国高 层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年 空钢管与钢管混凝土I 、n , m组试件在节点处受弯矩和轴力共同 作用情况下, 节点 附近钥管外表面各截面的纵向 压应力与节点处受两个对称纵向 剪力作用情况下,钢管外表 面各截面的纵向压应力分布分别见图3 、图4 e . 心 m爪 , 阁3 1 姐空钢甘L 侧加荷各截面实侧应力f 5田1 姐切管W 侧1 x t4 截IN l l l la 力分布 节点处受弯矩与轴力作用时, 空钢管试件所受最大纵向 压应力均在图1 , 图2 的I 一 I 、 II - I I 截面L( 左)
8、侧或R( 右) 侧, 该截面的 压 应力也较高, 这 样在节点附 近就形成了 一 个复杂的高 应力区,在外荷载作用下 此高应力区将首先达到或超过钢管的屈服强度而发生 局部屈曲 或破坏。因 此节点附近的复杂高应力区是节点设计中最敏感和特别需要加强的部 位。 但当钢管内有核心混凝土时, 其节点的受力性能大大改善。 从图 1 .图2中可以看出, 钢管混凝土试件除在I 一 I 截面与空钢管试件在L( 左) 或R( 右) 侧同一点处的纵向 压应 力大致相同外,节点附近其他截面各测点钢管壁所受到的纵向 压应力均小于空钢管各截面 上同 一点外的纵向压应力。说明 钢管混凝土试件节点所受的内 力 通过钢管壁与核
9、心混凝土 间的 交界面已 经部分或大部分的 传给了 节点处核心混凝土, 使得节点处钢管表面复杂高应 力区的纵向 压应力减小.应力分布趋于均匀;此外, 核心混凝土在径向 支撑着节点处的钢 管壁, 增大了 节点的刚度,防止了节点处高应力区内 钢管壁的 局部屈曲, 从而大大的提高 了 钢管混凝土刚性节点的承载力。 同理,节点处受纵向剪力和轴力作用时,与受弯矩和轴力作用的同 种节点形式相比, 节点附近钢管壁受到的纵向压应力较小, 核心混凝土传力与受力 较均匀。由此可见,节点 两侧钢梁受对称荷载作用或节点两侧外荷载相差较小时, 对节点工作较有利,同时节点处 的复杂的高应力区也将减小。 通过上述计算与分析
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