钢次梁插入混凝土框架梁试验研究与力学分析(下).pdf
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1、第3 9卷第 3期 2 0 1 3年 6月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 2 7 钢次梁插入混凝土框架梁试验研究与力学分析 ( 下) 余 琼, 吴 铭 , 赵兴庄 , 陆洲导, 余江滔 ( 同济大学结构工程与防灾研究所, 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘要: 进行了2个钢次梁锚入混凝土框架梁( 4种不同形式节点) 和1个悬挑钢次梁锚人混凝土框架梁静载试验 , 结果表明, 钢梁端部的弯矩与剪力引起混凝土梁顶面受弯裂缝、 侧面剪、 扭斜裂缝, 导致钢梁上部区域拔出引起节 点锚固失效破坏; 由于缺乏楼板及其配筋的约束作用和
2、钢次梁悬链线效应的有利影响, 悬臂钢梁承载力小于普通 试件; 6 0 0 mm高框架梁试件的钢梁端部嵌固能力比9 0 0 n l n l 高框架梁试件小。论文提出节点应变分布模型, 水平 与竖直方向的内力分开考虑分析节点内力; 研究了不考虑水平力的节点承压破坏的弯剪相关性, 表明无量纲弯矩 和剪力呈线性关系; 分析了弯矩、 剪力变化与板中钢筋达屈服、 框架梁边缘混凝土压坏的应力状态关系, 给出了有 实用价值的内力计算公式及设计方法。 关键词: 剪扭斜裂缝 ; 锚固失效; 粘结滑移; 内力模型; 弯剪相关性 中图分类号: T U 3 7 5 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 81 9
3、3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 20 2 7 0 5 Ex p e r i m e n t a l s t u d y a n d a n a l y s i s o n s p e c i me n s o f s t e e l s e c o n d a r y b e a m i n s e r t e d i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e g i r d e r o f f r a m e s t r u c t u r e Y U Q i o n g , WU Mi n g , Z H A O X i n g z h u a n g
4、 , L U Z h o u d a o , Y U J i a n g t a o ( I n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l E n g i n e e ri n g a n d D i s a s t e r R e d u c t i o n, T o n U n i v e r s i t y , S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2, C h i n a ) Ab s t r a c t : T e s t o f t w o s p e c i m e n s( f o u r d i ff e r e n t j o
5、 i n t s )o f s t e e l s e c o n d a r y b e a m e m b e d d e d i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e gi r d e r i n f r a m e s t r u c t u r e a n d o n e s pec i m e n w i t h s t e e l c a n t i l e v e r b e am e mb e d d e d i n r e i n f o r c e d c o n c r e t e gir d e r u n d e r s t a
6、 t i c l o a d w e r e c o n d u c t e d T h e s t e e l b e am u p - r e gi o n w a s p u l l e d o u t bec a u s e o f t h e c o n c r e t e c r a c k s c a u s e d b y t h e m o m e n t , s h e a r a n d t o r s i o n a t t h e u p p e r z o n e o f t h e c o n c r e t e b e am n e a r the s t e
7、e l b e am e n d ,and e m b e d d e d c a p a c i t y o f j o i n t s f a i l e d L a c k i n g r e s t r a i n t of c o n c r e t e and t h e r e i nf o rce m e n t o f s t e e l b a r i n t h e c o n c r e t e s l a b a n d c a t e n a r y a c t i o n o f r e s t r a i n t s t e e l b e a m, t h e
8、 c a p a c i t y o f s t e e l c a n t i l e v e r b e a m i s mu c h s ma l l e r t h an o t h e r bea ms T h e r e s t r a i n a c t i o n o f s p e c i me n - 6 0 0 i s s ma l l e r t h an s p e c i me n - 9 0 0 Mo d e l s f o r i n t e rnal f o r c e ana l y s i s and s t r ain d i s t rib u t i
9、 o n o f j o i n t s a r e a n aly z e d T h e h o ri z o n t al i n t e rnal f o rce a n d v e r t i c a l f o r c e a re c o n s i d e r e d s e p ara t e l y d u r i n g c al c u l a t i o n a n d analy s i s p r o c e s s The res e arc h o n b e n d i n g s h e a r i n g c o r r e l a t i o n o
10、f j o i n t s i s s t u d i e d w h i l e t h e h o r i z o n t a l f o r c e i s n t t a k e n i n t o a c c o u n t R e s ult s s h o w t h a t t h e n o n d i me n s i o n a l mo me n t v a r i e s l i n e arl y wi th t h e n o n dime n s i o n al s h e ar force B y i n v e s t i g a t i n g t h
11、e mo me n t a n d s h e a r f o rce v a ri a t i o n, t h e s t r e s s s t a t e o f the b ar i n the s l a b and the b o u n d a r y c o n c r e t e u n d e r t h e s t e e l s e c o n d a r y b e a m i s i d e n t i f i e d I n t h e e n d , p r a c t i c al d e s i g n f o r mula an d me t h o d
12、 i s p r o p o s ed Ke y wo r d s: t h e i n c l i n e d c r a c k s of s h e a r an d t o r s i o n; e mbe d d e d c a p a c i t y f a i l u r e ; b o n d - s l i p p e rfo rm an c e ; i n t e r n al f o r c e mo d e l ; c o r r e l a t i o n b e t w e e n b e n d i n g an d s h e a r i n g ( 续前 )
13、3 6混凝土梁对钢梁嵌 固分析 试验中钢梁支座端设置应变片 , 测试钢梁端部 上下翼缘应变 , 从应变计算 出钢梁跨 中下翼缘屈服 时( 板中钢筋早 已屈服) 钢梁支座嵌固弯矩 , 与 结构力学理论计算梁固端弯矩 比较 , 得 出钢梁 嵌固系数 J = M M 2 。本文还运用 P K P M S A T 8计 算软件( 混凝土墩按柱计算) 对该试验模型进行弹 收稿 日期 : 2 0 1 2 - 0 6 1 5 作者简介: 余琼( 1 9 6 8 一) , 女, 安徽庐江人, 副教授, 硕士生导师。 主要从事建筑结构鉴定 、 改造与加固研究 。 E ma i l : y i o n g y u
14、 2 0 0 5 1 6 3 c o rn 性阶段内力分析, 得钢梁支座弯矩 及嵌固系数 = 。6 0 0 m ill 梁计算结果见表4 ( 9 0 0 IT ln l 钢 梁由于测量问题弯矩无法算出) , 钢梁实际嵌固弯 矩低 , 嵌 固系数较小 , 钢梁支座是介于铰接与固结之 间。弯矩的测量值与 P K P M计算值有差异。P IL O M 计算中不能反映锚人混凝土梁 中的钢梁翼缘宽度 、 锚人长度等变化因素, 仅按构件线刚度分配弯矩, 钢 梁端部弯矩 P K P M计算值比试验值大, 因此, 不能简 单的运用 P K P M计算该种结构内力。 表4 钢梁嵌固系数计算情况 T a b l
15、e 4 Ca l c u l a t e d e mb e d d e d c o e ffic i e n t o f s t e e l b e a m 2 8 四川建筑科学研究 第 3 9卷 3 7 节点 内力简化分析模型 钢梁受弯 , 上 、 下翼 缘在端部对上 部混凝 土挤 压 , 在靠近混凝土梁边缘的局部范围 内对下部混凝 土挤压 , 取钢梁埋入节点部分为研究对象。图 l 9为 该单元体所受内力: 、 为节点承受的剪力及弯 矩 ; F 为板 内钢筋拉力 ; F 、 F 为钢梁上翼缘 、 上部 腹板与混凝土间粘结力 ; F 4 为钢次梁下翼缘和下部 腹板端部与混凝土间纵向挤压力; F
16、 为钢梁下翼缘 及下部腹板与混凝土间粘结应力 ; F 6 E 、 下分别为 混凝土对钢梁端部上、 下翼缘 的压力 ( 该受 压 区称 为后受压区) ; E 、 F 7 下为混凝土梁边缘对钢梁上 、 下翼缘的压力 ( 该 受压 区称 为前受压 区) ; F 。 为锚 筋提供的销栓力。 图 1 9 节点 内力简化分析模型 F i g 1 9 S i mp l i fi e d a n a l y s i s mo d e l o f j o i n t i nt e r na l f o r ce s 下翼缘滑移量较小 , 较小 , 可忽略 ; 由钢梁水 平方向内力平衡可知存在一定分布长度的 F
17、, 与 F + + 平衡。对钢梁支座端点 A点取矩 , 得节点 固端弯矩。 由于力臂大 , 在节点抗弯 中起着重要 的作用, 它与板内配筋情况有关 ( 当板中钢筋配置 较多时, 板中受拉钢筋有可能不屈服, 这与钢梁截面 高度 、 翼缘宽度、 混凝土强度、 板 中钢筋的配筋量、 钢 梁端部受压区高度有关, 有待进一步研究) , 与 昆 凝土强度、 钢梁锚固长度、 上翼缘宽度有关, 与混 凝土强度、 钢梁高度 有关 , t 、 F 下、 , , 下也与 锚固长度及混凝土强度等混凝土局部受压性能有 关, F 与锚筋设置有关。 假定节点破坏时板中受拉钢筋屈服, 钢梁下翼 缘与下腹板端部受纵向挤压混凝土
18、( 为局部受压的 约束 昆 凝土, 处于三向受压状态) 也达到极限承载 力, 根据文献 8 , 混凝土强度提高系数取 3 , 假定钢 梁上翼缘达到剪切滑移极限状态, 其上翼缘粘结力 由文献 9 计算, 型钢与混凝土间粘结强度 丁 = 0 3 4 0 k 。 k 为型钢表面状况影响系数, 对普通 锈蚀状态型钢取 1 为混凝土抗拉强度 , 由水平方 向力的平衡计算端部混凝土受压高度 ( 分 布长 度) , 由水平力对 A点取矩 可求水平力作用节点的 最大抵抗矩 M ; M 计算情况见表 5 。可见钢梁上 翼缘的粘结应力对节点抗弯承载力贡献较小 ; 对 A点力臂较小, 对节点抗弯承载力影响也小, 前
19、面的 假定在计算端部混凝土受压 区高度中引起的误差对 计算节点水平力产生的抵抗矩的影响较小 。 3 8 钢梁埋入混凝土梁节点承压破坏的弯剪相关 性 悬臂钢构件埋人钢筋混凝土柱中 Wa n S h in P a r k , H y u n - D o Y u 给出了节点受压破坏的剪力计 算值( 分析中未考虑水平力的作用) , 当混凝土构件 外边缘达极限压应变 0 0 0 3时, 节点翼缘下部受压 区长度 c 与锚固长度 f 之 比为 0 6 6 , 节点承受剪力 为 = o 8 5 1 b l o ( ) 。 为混凝土圆 柱体抗压强度 ; J B 为应力丰满程度系数 , 取 0 8 0; 0 为
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