型钢混凝土梁柱节点抗震性能研究综述.pdf
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1、第 3 9卷 第 1 1期 2 01 2年 1 1月 建筑技术开发 Bu i l di ng Te c hn i qu e De v e l o p me n t Vo 1 3 9, No 1 1 NO V 201 2 型钢混凝 土梁柱节点抗震性能研究综述 冰 孙岩 波 李晨光 邓思华 ( 1北京市建筑工程研 究院有限责任公司, 北京 1 0 0 0 3 9 ; 2北京建筑工程学院, 北京 1 0 0 0 4 4 ) 摘 要 介绍了国内外对型钢混凝土梁柱节点 的研究 与应 用进展 以及相关规 范 , 指 出了型钢混凝土 结构梁柱 节点在 抗震研究 中存在 的主要 问题 和今后 需要 进一步研究
2、的方向 。 关 键词 型钢混凝土 ; 梁柱节点 ; 抗震 【 中图分类号 T U 3 9 8 9 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 2 ) 1 1 0 0 0 1 0 5 S UM M ARY oF S EI S M I C RES EARCH oN S TEEL REI NFoRCED CoNCRETE BEAM - CoLUM N J oI NT S S u n Ya n -bo L i Che n- g u a n g De ng S i -hu a Ke y w o r d s I n t h i s p a p e r , t h e s t a
3、 t e o f t h e a r t o f s e i s mi c r e s e a r c h a b o u t s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m c o l u mn j o i n t s a n d r e l a t e d s pe c i f i c a t i o ns a r e s u mma r i z e d s y s t e ma t i c a l l y Th e ma i n p r o b l e ms i n s e i s mi c r e s e a r c h o
4、f t h e SRC be a m c o l u mn j o i n t s a r e p o i n t e d o u t a n d t h e r e s e a r c h w o r k t o b e d o n e i n t h e f u t u r e i s s u g g e s t e d s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e ;b e a m c o l u mn j o i n t s ;s e i s mi c 型钢 混凝 土 ( S t e e l R e i n f o r c e d C o
5、n c r e t e , 以下 简 称 S R C) 组合结构是 指混凝土 内配置 型钢( 轧制或 焊接 成 型 ) 和 钢筋 的结 构 。 由于 S R C结构 具 有强 度高 , 刚性 大 , 以及 良好 的延 性 和 耗 能性 能 , 由 S R C 构件 组成 的构 件具 有 良好 的抗 震 能 力 , 因此 S R C结 构特 别适 用 于地震 区。尤其 是地 震 区的高 层及 超高 层建 筑 中采 用 S R C结 构更具 优越 性 。 节 点是 连接 梁和 柱 的关键部 位 。梁 和柱 的 内力 通 过节 点传 递 , 因此 节 点 工 作 的安 全 可 靠 是 保 证 结 构
6、正常工作的前提。同时节点处于压弯剪复合应力 状态 , 受 力 比较 复 杂 。 因此 研 究并 弄清 楚 节 点 的 受 力性 能、 破坏机理, 使节点设计得传力明确 , 计算可 靠 , 构 造合 理是 十分 重要 的 。在复 杂 的地震 作用下 更 应 重 视 节 点 的合 理 设 计 。在 抗 震 设 计 中 , 提 出 课题名称 : 全装配式混凝 土框架受力性能与设计施工关键技术 ( 住 房和城 乡建设部 2 0 1 1年科学技术项 目计 划) 课题编号 : 2 0 1 1一K 2 2 1 收 稿 日期 : 2 0 1 2 0 81 5 作者简介 : 孙 岩波 ( 1 9 8 6 一 )
7、 , 男 , 山东枣 庄人 , 北 京建筑工 程学 院结 构 工程硕士在读 。 “ 强柱 弱梁 , 节 点 更 强 ” 的 设计 原 则 , 充 分 体 现 了 节 点在 结构 中的重要地 位 。 尽管 自 2 0世纪 8 0年 代 以来 , S R C结 构 在 高 层 建筑 工程 中 的应用 也 得 到 了快 速 发 展 , 但 到 目前 为 止 , 国 内外 对其 研究 的成 果多集 中于构件 的强度 、 刚 度等 方面 的研 究 , 对 梁柱 节 点和 S R C结构 整体 体 系 的研 究并 不 系 统 和 完 善 。本 文 介 绍 了 S R C结 构 梁 柱节 点分 类及 其特
8、点 , 着 重 总结 论述 了 S R C结构 梁 柱节点在抗震性能方面 的研究现状 , 指出了其抗震 研究 中存 在 的主要 问题 及今后 的研 究方 向 。 1 型钢 混凝 土梁 柱节 点分 类 S R C框 架 梁 柱节 点 , 是 建 筑结 构 设计 和 施工 的 关 键部 位 , 它 要求 内力 传递 机理 简单 明了 , 不 得产 生 局 部应 力集 中和局部 变形 , 同时要 求钢 筋布 置合理 , 宜 于 浇筑混凝 土 , 连接 型钢及 焊接 隔板方 便 。 根据 节点 构 造 形式 的不 同 , S R C梁 柱节 点类 型 主要有 以下 3种 : 1 ) S R C梁 一S
9、 R C柱 节 点 ; 2 ) 钢 梁 一S R C柱 节 点 ; 3 ) R C梁 一S R C柱 节 点 。根 据 施 工工 法 的不 同 , S R C梁 柱节 点 可 以 分 为 , 现 浇 S R C 梁柱 节点 和装 配式 S R C梁 柱 节点 。另 外 , 根据 所 用 第 1 1期 孙岩波 , 等 : 型钢混凝 土梁柱节点抗震性能研 究综述 第 3 9卷 混凝 土强 度 的 不 同 , S R C梁 柱 节 点 又 可 以 分 为 : 型 钢普 通混 凝 土 ( S R C) 梁 柱 节 点 和 型 钢 高 强 混 凝 土 ( H S R C) 梁柱 节点 。 2试 验研 究
10、 2 1 国外研 究 日本是 对钢 骨混凝 土结 构研究 与应 用较 多 的国 家 , 对 S R C柱 一S R C梁 节 点作 了较 为 系统 的研 究 。 1 9 6 7年 日本 学 者横贯 义尾 、 若 林 实等进 行 的 S R C节 点试 验 研究 表 明 , 荷 载较 小 时 节 点核 心 区基本 处 于 弹性 阶段 , 钢 骨腹 板 与混 凝 土 的剪切 变 形 基 本一 致 。 当核 心 区形 成 一 条 主斜 裂 缝 , 沿对 角 线 方 向基 本贯 通 , 钢 骨腹板 开始 达到 屈服 。钢骨腹 板屈 服后 , 由于箍筋 和钢骨 翼 缘框 的约 束 , 核 心 区混 凝
11、土仍 能 继续 承受 一部 分剪 力 。此 外 , 钢 骨 腹板 由屈 服 进入 强化 阶段 及斜裂 缝 间 骨料 咬 合 和摩 擦 力 的 存 在 , 节 点受 剪承 载力 还 可 继 续 增 加 5 2 0 , 但 核 心 区 剪 切 变形 发 展 明显 增 大 。1 9 8 5年 K o i c h i Mi n a mi 进行 了 S R C柱 一S R C梁边节 点 的试 验 , 采 用梁 端反 复 加载 , 轴压 比为 0 2 , 试 件 主要 发 生节 点 核心 区剪 切破坏 , 试验参数为型钢抗弯强度与极限弯曲强度 比。2 0 0 0到 2 0 0 4年 , A t s u n
12、 o r i K I T A N O等 进 行 了 两 批 1 2比例 的 S R C柱 一S R C梁柱 中节 点 试验 。 第 一 批试 验 结果 表 明对 于配 置 十 字 形 型 钢 的 S R C 节 点 , A I J S R C规 范 在计 算其 极 限承载 力 时 , 结果 过 于 保守 , 应 计 人 与 节 点 内 腹 板 方 向相 同 的 翼 缘 的面 积 , 并 提 出改 进 的 S R C节 点 承 载力 计 算 公 式 。 第 二 批试 验 补 充 了 梁 柱 存 在 偏 心 的 试 件 , 发 现 相 较 于 R C节 点 , 偏 心 对 S R C节 点 抗 剪
13、 承 载 力 的 影 响较 小 。 欧美 对 S R C梁 一S R C柱节 点 研究 较 少 , 对 S R C 柱 一 钢 梁 和 R C柱 一钢 梁研 究较 多 。1 9 8 9年 T a u q i r M S h e i k h等人对 1 5个 模型 比例 为 2 3的组 合结 构 梁柱 节点进 行 了低 周反 复荷 载和单 调荷 载下 的试验 研究 , 其 中包 括 S R C柱 一s梁 节点 。 通 过 内含 型钢 柱 、 设 置剪 力 键 、 在翼 缘 上 焊 接 纵筋 、 改 变 F B P 板 的厚度 等不 同形 式 的构 造 措 施 , 研究 不 同 的节点 构造 对节
14、点性 能 的影 响 。试 验 结果 表 明 , 矩 形 型 钢 混凝 土梁 柱 节 点 具 有 较 高 的承 载 能 力 和 良好 的 延 性 ; 合 理 的构造措 施 可 以改 善节 点延性 、 提高 节点 强 度 ; 提 出了抗 剪 机 理 , 给 出 相 应 的节 点 设 计 计 算 公 式 。2 0 0 2年 C h u n gC h e C h o u等通 过 对 两 个 足 尺 S R C柱 一钢梁节点低周往复加载试验 , 其中钢梁 采用 的是 狗骨式 梁 。文 中详细地 分析 了此类 节点 的 受 力机理 , 说 明 N E HR P规 范 中关 于 S R C节 点 配 箍 2
15、 量 的要 求过 于严格 ; 柱 型钢 内混凝 土斜 压 杆 仅在 中 节点 中形成 。 2 2 国 内研 究 我 国对 型钢混 凝 土 结 构 的试 验 研 究 始 于 2 0世 纪 8 0年代 。西 安 建 筑科 技 大 学 、 东 南 大 学 、 西南 交 通大 学 、 冶金 部建 筑 科 学研 究 总 院 、 清 华 大学 、 同济 大学 、 东 北大 学 、 天 津 大学 、 湖 南 大学 、 重 庆 大学 、 大 连理 工大学 、 北京 建 筑工 程 学 院 等单 位 等 对 不 同类 型 的型钢混凝 土节 点 的受力性 能进 行 了大量 的试验 研 究 。 2 2 1 S R C
16、梁 一S R C柱节点 1 9 8 6年西安 建筑 科 技 大 学 赵鸿 铁 等 进 行 了 l 0 个 配 实腹工 字钢 的型钢 混凝 土 中节 点低 周反 复荷 载 下 的试验 , 试 验 测 点 所 有 节 点 延 性 均 较 好 , 延 性 系数 均大 于 4 。型 钢 混 凝 土节 点 耗 能 能 力 强 , 大 约 为普 通钢筋 混凝 土节点 的 3 倍 。并 基 于试验 提 出了 S R C节点剪 切 强 度 的 实用 计 算 公 式 。1 9 9 0年 东 南 大学 唐九 如等对 4个 1 2比例 的 S R C边柱 节点 和 1 个 R C边柱 节点进 行 了低 周 反 复荷
17、 载 下 的 试验 , 结果 表 明 S R C节 点具 有 良好 的抗 剪 能 力 和 耗 能 能 力 ; 钢 梁 和 S R C柱 的 组成 的 节 点形 式 比 S R C梁 一 S R C柱 的节点有 更 好 的延 性 和耗 能 能 力 , 应 优 先 采 用 。S R C节点 的 抗 剪 强 度 可 由型 钢 腹 板 、 混 凝 土 、 箍筋三部分的抗剪能力组成, 并提出相关计算公式。 1 9 9 2年 西南交 通大 学陈家 夔 等对 1 5个 劲 性钢 筋 混 凝 土节点 的静 力 和 抗震 性 能试 。试 验 发 现 顶 层 边 节点在 正 、 负 弯矩作 用 下的抗 剪机 制不
18、 同 , 负 弯矩 作 用下 的抗 剪 强 度 高 于 正 弯 矩 时 。2 0 0 1年 西 安 建 筑科 技 大学薛 建 阳等根据 8个 型钢混 凝上 节点在 低 周 反复荷 载作 用下 的试验 , 研 究 了型 钢混 凝上 节 点 的破 坏形 志 、 滞 回特性 、 延性及 刚度 退化 等力 学性 能 , 在 此基础 上 提 出 了相 应 的 连接 构 造 方 法 。2 0 0 4 年湖南 大学 的陈 勇等进 行 了 3组 ( 缩 尺 比为 1 : 3 ) 共 6个 S R C梁柱 节点 低周 反复 荷载 下 的试 验 , 重点 研 究 了型钢混 凝 土梁柱 节点 的破坏 性态 、 延性
19、 、 耗能 以及较 大轴 压力 对试件 性能 的影 响等 , 试 验 中 , 在加 载后期 , 柱 型钢翼 缘处会 出现竖 向裂缝 , 并不 断延伸 发展。因此建议设置剪力栓等措施 , 以增强混凝土 与型钢 的粘 结作 用 。 2 2 2 钢梁 一S R C柱节 点 2 0 0 2年福 州大 学 陈伟 恩 等 进行 了 S R C柱 一钢 梁 的 中节 点和边 节 点 的低 周 反 复荷 载 下 的试 验 , 同 时用 A N S Y S 进行了有限元数值模 拟 。试验发现 钢梁 一S R C柱节点在柱端低周反复荷载作用下, 与 第 3 9卷 孙岩 波, 等 : 型钢 混凝土粱柱节点抗震性能研
20、究综述 第 1 1 期 普通 S R C节 点 相 比较 , 具 有 更 好 的 延 性 与 耗 能 能 力 ; 钢梁 一S R C柱节 点 的 型 钢 与混 凝 土 的粘 结 性 能 较 差 , 试 验 中 , 在 加 载后 期 , 柱 型 钢翼 缘 处 出现 了很 明显 的 竖 向 裂 缝 , 并 不 断 延 伸 扩 展 , 形 成 主 裂 缝 。 2 0 0 2年 北 京 工 业 大 学 邹 景 春 通 过 5个 钢 梁 一S R C 柱 节点 在低 周反 复荷 载下 的试 验 , 其 中 3个 节 点 是 按 “ 强柱 弱 梁 、 强 节 点 弱 构 件 ” 原 则 设 计 , 另 外
21、 2 个 节点 为 “ 强梁 弱核 心 ” 构 件 ( 包括 核心 区带 F B P板 的构件 和 相 应 对 比试 件 ) , 试 验 发 现 按 照 强 柱 弱 梁 设 计 的构件 塑 性变 形 区域 集 中在梁 端 塑 性 铰 区 , 而 节 点 核心 区始 终基 本 完 好 , 其 节 点 承 载 力 由梁 端 承 载力 控制 , 延性 、 耗 能均 能满 足要 求 。加强 了对 核心 区混凝 土 的约 束 , 并 扩 大 了核 心 区混 凝 土参 与抗 震 的范 围 。因而 提高 了 承 载力 、 延 性 和 耗 能 。2 0 1 1年 北 京 建 筑 工 程 学 院 司 建 超 进
22、 行 了两 个 钢 梁 一S R C 柱 节 点 低 周 反 复 荷 载 下 的 试 验 并 对 节 点 进 行 了 AB A Q U S有 限 元 分 析 , 其 中一 个 为 型 钢 混 凝 土 柱 一钢梁 水平 剪力 板新 型组 合节 点 。试验 发 现型钢 混凝 土柱 一 钢 梁 节 点有 良好 的延 性 、 耗 能 能 力 和受 剪承 载力 。新 开发 的这 种 节点具 有很 好 的受剪 承 载 力 , 且施 工方 便 , 减 少 型钢 开 洞 的受 力 损 失 , 有很 好 的工 程应 用前 景 。 2 2 3 R C梁 一S R C柱 节 点 2 0 0 0年 北 京 市 建 筑
23、 设 计研 究 院 和 清 华 大 学 叶 列平 等 提 出 了两 种 R C梁 一S R C柱节 点 连接 形 式 , 并 开展 了 R C梁 一型 钢 混凝 土 柱 的节 点试 验 ” , 重 点考 察 节点 连接 形 式是 够 可靠 及 含 钢 量 、 配 箍 率对 节点 性 能 的影 响 , 试 验 结 果 表 明梁 纵 筋 在 核 心 区 焊 接在 牛 腿上 的连 接 方式 的 内力 传 递 是 可 靠 的 ; 含 钢 量 和钢 骨形 式对 节 点 的 承 载力 有 很 大 影 响 ; 箍 筋 对 提 高节 点抗 剪 承载 力 有一 定 作 用 , 但 若 含 钢 量 较 大 时 ,
24、 可 以适 当 减 小 节 点 配 箍 率 , 以方 便 施 工 。2 0 0 2 年 东南 大学 钱东 江等 针对 实 际工程 中出现 的钢筋 混 凝 土梁 部分 纵筋 穿 过 柱 型 钢翼 缘 的十 字 形 节 点 , 对 其 受力 性能 和试 件破 坏 过程进 行 了试验 研 究 , 文 章建议柱型钢翼缘的缺损率应控制在 2 0 以内, 穿 过 节 点 的 梁 内 纵 筋 面 积 不 宜 超 过 纵 筋 总 面 积 的 4 0 , 并确保其余纵筋在钢牛腿上的焊接长度及形 式 符合 计算 和 规 范 要 求 。2 0 0 7年 同 济 大 学 梁 威 通 过 4个 不 同构造 的 S R
25、C节 点 , 考 虑轴 压 比影 响 的低 周 反 复加 载拟 静 力 对 比试 验 。 四 种 节 点 破 坏 都 发 生在 梁端 , 在 节点 屈服 时 , 梁纵 筋大 部分 达到 屈服 应 变 ; 节点 屈服 时 , 柱 内型 钢 都 未发 生 屈 服 , 型钢 腹 板 接 近于 纯剪 切状 态 ; 箍 筋 承担一 部分 剪力 , 其 抗剪 作 用 主要 在 混凝 土开 裂后才 发挥 。 2 2 4型钢 高强混 凝 土 ( H S R C) 梁柱 节点 1 9 9 9年 同济 大 学 张 誉 等就 两 个 不 同梁 柱 刚 度 比 、 内置实腹 I 字 钢 的 钢 骨 高 强 混 凝 土
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