大跨度预应力钢筋混凝土带腋撑框架结构试验研究.pdf
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1、 第2 期 2 0 0 8 年2 月 广东土 木与建 筑 N o 2 F E B 2 0 0 8 大跨度预应力钢筋混凝土带腋撑框架结构试验研究 陈穗先 苏国维 2 蔡 健 s ,4 杨 春 s ,4 ( 1 、 华南师范大学 广州 5 1 0 6 3 1 ;2 、 同济大学建筑设计研 究院 上海 2 0 0 0 9 2 ; 3 、 华南理工大学土木与交通工程学院 广州 5 1 0 6 4 1 ;4 、 亚热带建筑国家重点 实验室 广 II 5 1 0 6 4 1 ) 摘要 : 大跨 度 预 应 力钢 筋混 凝 土 带 腋 撑 框 架 结 构 是 一 种 新 结 构 形 式 , 本文 对 其 在
2、 竖 向及 水 平反 复 荷 载 作 用 下 的力学性 能进行 了比例模型试验研究 主要研 究其承栽能力、 变形特 点、 破坏形态及应力应 变特点 , 并重点研究 腋撑 对 结构 性 能 的影 响 结 果表 明腋 撑 对提 高 结构 承 载 力 和 刚度 具 有 明显 作 用 , 但 局 部 区域 呈现 脆 性破 坏 关键词 : 大跨度 ;预应力结构;腋撑 ;框架结构;试验研究 1 引言 以往 的试 验研 究表 明j 预应 力 混凝 土框 架 的 延性和耗能性能良好 可以在地震 区内推广使用 , 通 过合理的设计 确保预应力混凝土框架的延性 、 耗能 和抗 侧 承载力 使其 获得令 人满 意
3、的抗 震效 果 。 但对于大跨度 的实际工程来说 框架柱顶弯矩 过大容易导致节点破坏 且柱顶出现 的纵向配筋过 多过密也会给设计及施工带来诸多不便。因此 本 文提出了在普通多层预应力框架的梁与柱端部附近 加设短斜柱的结构 即新型的带腋撑框架结构 以有 效地减小梁跨度 改善结构的受力状态 提高结构刚 度 减小柱顶弯矩 从而减少柱的纵 向配筋 。为此 , 本文通过 1榀单层单跨无粘结部分预应力混凝土带 腋撑框架在竖向及水平低周反复荷载作用下的试验 研究 探讨该 新 型结构 的受力 特性 和抗震 性能 。 2 试 验设 计 2 1 模 型设计 本文 的预应 力 钢筋 昆 凝 土带 腋 撑 框架模型按
4、 G B 5 0 0 1 1 - 2 0 0 1 建筑抗 震设计规范 进行 7度二级抗震设计 梁柱按弯曲破坏控制 试验框架仅在 框架梁内设置 1 8 6 0级 1 5 2 4无粘结 预应力筋 其形状采 用“ 直线十 三段 曲 线+ 直线 ” 张 拉端 为 夹片式 锚 具 , 固定 端为挤压成型锚具 预应力张拉控制力 为 1 9 5 3 k N 普通纵筋采用 H R B 4 0 0级 1 6 钢筋 箍筋采用 H R B 2 3 5 级 圆钢 实测混凝土抗压强 度为 4 1 8 MP a 其尺寸和配筋详如图 1 所示。 2 2 加 载装置 及加载 方案 试件加载装置如图 2所示 受到试验室现有设备
5、 的限制 本试验竖 向及水平低周反复加载均采用荷 载控制 加载分以下 3个阶段进行 : ( 1 )施加竖向荷载直至达到结构的设计荷载值 ; ( 2 )卸载至原设计荷载值的 5 0 进行水平低周 反复荷载加载 共作用 2个循环 先加载至结构屈服, 再加载至水平位移曲线进入水平段: ( 3 ) 水平荷载卸载至零 再次施加竖向荷载 , 直至 油泵继续送油而荷载不再增大为止 此时可认为试 验结束 2 _ 3 量测 内容 与方法 本次试验采用与千斤顶相连的传感器来测量框 架 的荷载 位移曲线。在腋撑上方框架梁 内外侧 、 跨 鼠 一 一4 i 2 t f 3 er, 竺 善 l I l l 一 I l
6、凹 5 00 1 1 丝 3 - 3 图 1 模 型 尺 寸 及 配筋 详 图 4-4 维普资讯 http:/ 2 1 1 0 8 年2 月 第2 期 陈穗 先等: 大跨度 预应 力钢笳 混凝土 带蔽撑框 架结构 试验研究F l 2 0 唿 N o 2 K J恫 1 l 千 斤顶 。 千斤顶 千斤 r j山 u 口 中、 梁端 、 柱腋撑相交区及柱脚等重要控制截面处普 通纵筋均贴有 电阻应变 片 以了解普通钢筋的应变 变化情况 试验采用 B X1 2 0电阻应变片测试构件应 变 采用位移百分表测试位移 , 用 D H3 8 1 5 N静态数 据采集系统 自动采集各级荷载下位移计和电阻应变 片的
7、数据 3试 验 结果分 析 3 1 试件的开裂及破坏情况 在竖向荷载作用下 , 腋撑上方 的框架梁顶 首先 出现裂缝 然后相继在柱与腋撑相交处下方外侧 , 梁 柱节点区和框架梁跨 中出现裂缝。在水平荷载作用 下 柱与腋撑相交处 。 柱底及腋撑上方框架梁外侧 出 现较多裂缝 当第 1 循环反 向加载至约 0 6 P 时 , 腋 撑上框架梁外侧顶面纵 向钢筋屈服 。随着水平荷载 的增 大 柱 与 腋撑 相 交 , 柱 脚 的 裂缝 延 伸 发 展 , 宽 度 增大 并不 断有新的交叉斜裂缝 出现 , 在柱与腋撑相 交处出现塑性铰 在水平荷载加至极限状态时 , 柱与 腋撑相交处的斜裂缝贯穿柱 的全截
8、面 , 裂缝外侧宽 约 3 m m 中间及 内侧宽约 1 m m, 裂缝宽度特征为 内 窄外宽且宽度逐渐增大。柱脚处 的弯剪斜裂缝也贯 穿了截 面高度 。 缝宽 内侧约 1 2 ram, 同时柱脚外侧 的 混凝 土 局部 压 碎 。从 试 件 损 伤情 况 看 来 , 柱腋 撑 相交区裂缝数量较多 , 缝宽也较大 ; 梁柱节点区裂缝 数量较少 , 且不随梁 、 柱裂缝的发展而发展 。试件能 产生塑性铰 破坏是延性的 , 在进入非弹性 阶段后 , 框架的变形主要集 中在塑性铰 区, 最终 由于柱 的破 坏而导致结构失效。试件开裂情况如图 3所示。 图 3框 架 试 件 破 坏 形 态 示 意 图
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