钢骨混凝土T形截面短柱力学性能的试验研究.pdf
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1、土木工程学报 C H I N AC I V I LE N G I N E E R I N GJ O U R N A L 第 4 0 卷第 1 期 2007 年 1 月 V o l . 4 0N o . 1 J a n .2 0 0 7 钢骨混凝土 T形截面短柱力学性能的试验研究 李哲 1 张小锋 2 郭增玉 1 徐凯 3 ( 1 . 西安理工大学,陕西西安 7 1 0 0 4 8 ;2 . 张家港市建筑设计研究院有限公司,江苏张家港 2 1 5 6 0 0 ; 3 . 天津市园林规划设计院,天津 3 0 0 0 4 2 ) 摘要:通过试验研究钢骨混凝土 T形截面短柱的抗剪性能和抗震性能。制作
2、1 4 根钢骨混凝土 T形截面短柱和 2 根钢筋混凝土 T 形截面短柱,主要考虑剪跨比、轴压力系数、体积配箍率及配骨率等参数对 T 形短柱抗剪承载力 和位移延性的影响,提出钢骨混凝土 T 形截面短柱抗剪承载力计算公式,计算值与试验结果吻合较好。试验结果 表明,钢筋混凝土 T 形截面短柱经加入钢骨抗剪承载力和位移延性均有较大程度的提高,且随配骨率、体积配箍 率的增大而增大;另外,钢骨混凝土 T 形截面短柱的位移延性随轴压力系数的增大而降低,随剪跨比的增大而提 高。研究成果为钢骨 T 形短柱应用于抗震烈度较高地区有一定的参考价值。 关键词:钢骨混凝土;T 形截面短柱;位移延性;抗剪承载力 中图分类
3、号:T U 3 7 5 . 1文献标识码:A 文章编号:1 0 0 0 - 1 3 1 X( 2 0 0 7 ) 0 1 - 0 0 0 1 - 0 5 E x p e r i me n t a l s t u d yo nt h e me c h a n i c a l p r o p e r t yo f s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e s h o r t c o l u mn s o f t - s h a p e dc r o s s - s e c t i o n L i Z h e 1 Z h a n g X i a o
4、f e n g 2 G u o Z e n g y u 1 X uK a i 3 ( 1 . X i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,X i a n7 1 0 0 4 8 ,C h i n a ; 2 . Z h a n g j i a g a n g A r c h i t e c t u r a l D e s i g n 3 . T i a n j i nI n s t i t u t e o f L a n d s c a p e P i a n n i n g T - s h a p e ds h o r t c o
5、l u m n ; d i s p l a c e m e n t d u c t i l i t y ; s h e a r b e a r i n g c a p a c i t y E - ma i l : l i z h e 0 0 9 1 6 3 . c o m 2 0 世纪 8 0 年代以来,在我国的广州、天津等地 已建成大量的异形柱框架结构的房屋。由于异形柱相 对于同截面的普通矩形柱较为单薄,如果想将其应用 于更高的建筑以及更高的设防烈度的地区,就得加大 截面的尺寸,使得异形柱结构本来所具有的突出优点 无法体现,还会增加造价并引起施工的困难,同时也减 小了剪跨比,恶化了异形柱的横
6、向抗剪受力性能 1 ,就 有必要对较小剪跨比异形柱的抗剪承载力作进一步研 究。因此,如果在保持原截面不变的条件下提高异形 柱斜截面抗剪承载力和增加其位移延性,那么上述问 题就能得到很大程度的解决。 鉴于钢骨混凝土的诸多优点,本文在较小剪跨比 的钢筋混凝土 T形截面短柱中加入钢骨,旨在提高 其截面抗剪承载力和位移延性,并通过试验验证其增 作者简介:李哲,在职博士,副教授 收稿日期:2 0 0 5 - 1 1 - 2 5 土木工程学报 2 0 0 7 年 土木工程学报 2 0 0 7 年 图 1 试件尺寸及 A - A截面配筋图 F i g . 1 D i me n s i o na n dr e
7、 i n f o r c e me n t o f s p e c i me n 强能力。期望突破建筑高度为 1 5 层以及限用于抗震 设防低的地区的局限,以获得更高的经济效益和社会 效益。 国外对异形柱方面的研究主要集中在计算机程序 的理论分析方面,对试验研究较少,钢骨异形柱方面 的研究还未见相关报道;国内在异形柱结构方面做了 大量的试验和理论研究,且取得可喜的成果 1 ,但有 关钢骨异形柱方面的研究成果还很少。关于钢骨异形 短柱抗剪和抗震性能的研究尚未见报道。 1 试验概况 1 . 1 构件设计及试验参数 构件截面如图 1所示。根据已有的钢筋混凝土 异形柱的分析结果,截面设计的参数为:肢宽
8、取 2 7 5m m 、肢厚取 1 0 0m m 。试件箍筋采用复合箍筋, 间距取 1 0 0 m m和 1 5 0 m m 。构件中的角钢为 L 4 0 * 4 和 L 3 0 * 3 ,工字钢为 I 9 0 * 5 0和 I 7 0 * 5 0 ;构件长度为 1 1 0 0m m和 1 2 0 0m m 。试验研究的参数及变化范围 为:剪跨比 = 1 . 5 3 、1 . 7 3 ,配骨率 s s= 2 . 3 3 %、3 . 3 7 %。 试验轴压力系数 n t= 0 . 2 4 、0 . 3 6 、0 . 4 2 、0 . 4 8 。体积配 箍率 v= 1 . 1 %、1 . 7 %。
9、混凝土采用 P . 0 4 2 . 5 R号硅酸 盐水泥,灞河中砂和 5 1 5 分碎石制成,配合比为1 1 . 4 6 2 . 6 5 ( 水泥 砂 石子 ) ,水灰比为 0 . 4 3 。试件参 数见表 1 。 1 . 2 加载装置及加载制度 试验采用简支梁加载图式,首先用几何对中方法 使轴向荷载作用在截面形心处,并施加全部轴向荷 载,然后施加水平低周集中荷载,试验加载图示如图 2 所示;加载制度采用变幅变位移制度,每一控制位 移下横向荷载循环 3 次。在试件达到开裂荷载以前采 用荷载控制,缓慢施加荷载至出现第一条裂缝,并记 录此时的位移 。 2 试验结果分析 2 . 1 破坏特征 试验结
10、果表明,钢骨 T 形短柱在低周荷载作用下 破坏形态大体可分为:剪压破坏,剪压黏结破坏。 ( 1 ) 剪压破坏:这类破坏大多发生在试验轴压力 系数较低 ( n t 0 . 3 fcAc时,取 Nr c= 0 . 3 fcAc, 当 1 时,取 = 1 ; 2 ; Vs 0为钢骨部分的抗剪承载力,按公式 ( 3 ) 计算。 Vs 0文献4 要求焊接工字钢抗剪承载力公式: 图 7 不同 s s试件骨架曲线 ( = 1 . 5 3 ) F i g . 7 S k e l e t o nc u r v e s o f d i f f e r e n t s s( = 1 . 5 3 ) 图 9 n 与
11、V关系曲线( = 1 . 5 3 ) F i g . 9 n - Vc u r v e s( = 1 . 5 3 ) 图 1 1 s s与 V关系曲线 ( = 1 . 5 3 ) F i g . 1 1 s s- Vc u r v e s ( = 1 . 5 3 ) 4 第 4 0 卷第 1 期 第 4 0 卷第 1 期 注:Vc r、Vu、V计分别为斜裂缝出现、破坏剪力试验值、本文公式 计算值 ( k N ) ;所有试件均为低周荷载试验;Vu/ V计的均值为 x = 1 . 0 7 ,标 准差 = 0 . 0 5 3 。 Vs 0= m i n 1 3! t whwfs s, Ms y l
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