钢筋混凝土板柱边节点抗震性能试验研究.pdf
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1、第 43 卷 第 5 期 2013 年 3 月上 建筑结构 Building Structure Vol 43 No 5 Mar 2013 钢筋混凝土板柱边节点抗震性能试验研究 张蕾 1, 2, 刘海峰1, 3, 郑 鹏 4, 傅剑平1 ( 1 重庆大学土木工程学院,重庆 400045;2 甘肃建筑职业技术学院,兰州 730050; 3 青海建筑职业技术学院,西宁 810012;4 重庆市设计院,重庆 400015) 摘要对 3 个配置抗冲切箍筋的钢筋混凝土板柱边节点进行低周反复荷载作用下的抗震试验研究, 分析了板柱 边节点的破坏过程和破坏形态, 并对配置抗冲切箍筋的板柱边节点的抗震性能进行了
2、评价。试验结果表明: 配置 抗冲切箍筋的板柱边节点可以达到中等延性水平, 变形能力满足规范要求。配置抗冲切箍筋较配置拉筋的板柱节 点抗震性能好, 且加密抗冲切箍筋能较好地抑制板筋平面外屈曲。 关键词板柱边节点;抗冲切箍筋;抗震性能;试验研究 中图分类号: TU375. 2文献标识码: A 文章编号: 1002- 848X( 2013) 05- 0060- 05 Experimental study on seismic performance of RC column- slab edge connections Zhang Lei1, 2,Liu Haifeng1, 3,Zheng Peng
3、4,Fu Jianping1 ( 1 College of Civil Engineering,Chongqing University,Chongqing 400045,China; 2 Gansu Architectural Vocational and Technical College,Lanzhou 730050,China; 3 Qinghai Architectural Vocational and Technical College,Xining 810012,China; 4 Chongqing Architectural Design Institute,Chongqing
4、 400015,China) Abstract: Three RC column-slab edge connections with resisting punching shear stirrups were tested under cyclic loads, in order to study the cracking process,failure mode and seismic performance Test results reveal that lateral drift capacity of column-slab edge connections with resis
5、ting punching shear stirrups can meet the codes requests Column-slab connections allocated with punching shear stirrups show better seismic performance than those configure stretch Resisting punching shear stirrups have the function of controlling the outside buckling of the flexural reinforcement K
6、eywords: column-slab edge connection;resisting punching shear stirrup;seismic performance;experimental study 作者简介: 张蕾, 本科, 高级工程师, Email: 850680715 qq com。 0引言 钢筋混凝土板柱结构以其简洁、 美观、 实用的外 形和方便快捷的施工优势深受工程界的青睐。在水 平地震作用下, 板柱节点承受竖向剪力和不平衡弯 矩的共同作用, 使节点形成高剪应力区, 高剪应力使 柱附近的板易发生冲切破坏, 因此, 板柱节点是抗冲 切和抗震的薄弱环节。对这一问题国内外
7、进行了广 泛而深入的研究, 取得了大量的研究成果, 但主要是 针对中柱节点进行的 1, 对于板柱边柱节点的试验 研究则未见公开文献报道。为此, 本文对矩形柱板 柱边节点冲切性能进行试验研究, 通过变换抗冲切 钢筋形式及间距对其抗震性能进行评价。 1试验设计 1. 1 试件的设计与施工制作 设计了 3 个板柱边节点, 试件编号为 BZ1 BZ3, 柱轴压比均为 0. 23, 试件板参数见表 1, 板柱 配筋图见图 1。 1. 2 主要材料力学指标 试件混凝土强度等级 C30, 板面筋、 柱筋、 加载 梁纵筋均采用 HRB335 级钢筋, 抗冲切钢筋、 拉筋以 及柱箍筋采用 HPB235 级钢筋,
8、 其中箍筋和拉筋主 试件板参数表 1 试件板面钢筋抗冲切钢筋 BZ1 16 100 和12 10010 120 ( 2) ( 箍筋) BZ2 16 100 和12 10010 120( 拉筋) BZ3 16 100 和12 10010 60 ( 2) ( 箍筋) 注: 板配筋均为双层双向, 与板自由边垂直方向纵筋为16 100, 另一个方向纵筋为12 100, 板筋较强是为了防止弯曲破坏。 柱钢筋 616, 柱配筋较强以确保节点破坏。加载梁纵筋均为 4 12, 箍筋8 200。暗梁端部箍筋不加密。 图 1板柱配筋图( BZ1) 第 43 卷 第 5 期张蕾, 等 钢筋混凝土板柱边节点抗震性能试
9、验研究 试件主要材料的实测力学性能指标表 2 试件钢筋 fy/MPafu/MPaEs/MPafcu, 150/MPa BZ1箍筋10340. 84489. 491. 84 10530. 8 BZ2拉筋10346. 73495. 991. 87 10530. 4 BZ3箍筋10252. 69440. 241. 75 10527. 7 要材料的实测力学性能指标见表 2。 1. 3 加载装置 板柱边节点试件的加载装置和量测系统如图 2 所示。柱顶部通过作动器施加竖向轴力, 板边竖向 力由板的自重及板边的边梁模拟, 右侧板边的拉压 作动器作为往复荷载的加载源。为将集中荷载转化 为较均匀分布于板边的均布
10、荷载, 设计了加载梁及 工字形钢分配梁。 图 2板柱边节点加载装置 1. 4 试验加载制度 按照建 筑 抗 震 试 验 方 法 规 程( JGJ 101 96) 2的规定, 试验前通过荷载控制进行预加载, 之 后采用位移控制进行加载, 每一级位移进行两次循 环。加载位移按层间位移角 0. 3% 递增来控制, 加 图 3加载制度示意图 载制度如图 3 所示。目 前常以荷载-位移( P-) 滞回曲线中荷载值下降 至该 方 向 峰 值 荷 载 的 85% 时认 为试件 破坏。 为了对试件的破坏过程 有更充分的认识, 本次 试验规定荷载值下降至 该方向峰值荷载的 50% 左右作为试验终止的控 制值。试
11、验量测内容包括: 板端荷载 P 及位移 , 板 柱边节点的转角, 主要钢筋各测点的应变值, 开裂破 坏特征等。 2试验结果 2. 1 试件破坏过程与形态分析 图 4 为试件 BZ1 柱前板底局部破坏区域去掉 表层混凝土后的破坏照片。由图可见, 箍筋对板筋 有一定的约束作用, 可以有效避免板面保护层混凝 图 4试件 BZ1 板底局部破坏图 土脱离后板筋屈曲。 图 5 为试件 BZ2 最终的破坏图。板柱边节点 受力复杂, 板面荷载通过板柱连接区传递给边柱, 板 柱连接区既传递剪力又传递不平衡弯矩。其中柱侧 连接区主要受到扭剪作用。正向加载( 下压) 时, 柱 侧板面在扭矩作用下产生由柱边斜着向板自
12、由边发 展的约 45斜裂缝, 反向加载( 上拉) 时, 柱侧板面产 生垂直于正向加载的扭转斜裂缝。而柱前连接区主 要受弯剪作用, 加载前期, 在弯矩作用下板面产生弯 曲正裂缝、 由柱边向外发展的放射状裂缝以及沿柱 宽范围内板筋发展的径向裂缝。加载后期, 由于柱 侧板面抗扭能力下降, 板柱连接区发生内力重分布, 更多的荷载将转移到柱前连接区, 当柱前连接区因 抗冲切能力不足发生冲切破坏时, 柱前板面在板筋 的销栓作用下便产生环状撕裂裂缝。 图 5试件 BZ2 破坏形态图与典型破坏形态图 试件 BZ1 与 BZ2 主要对比设置箍筋或拉筋对 板柱边节点抗冲切性能的影响。当加载至 2mm 时, 试件
13、BZ1 在柱前板面出现弯曲正裂缝, 试件 BZ2 在 柱两侧板面出现扭转裂缝; 当加载至 17. 6mm 时试 件 BZ1 出现与放射状裂缝垂直的短裂缝, 而试件 BZ2 加载至 10. 6mm 时即出现与试件 BZ1 类似的裂 缝; 两个试件破坏形态与文献 3中的冲切定义及 冲切现象描述相吻合, 两者在经历了较大变形后最 终发生了冲切破坏。两者最终破坏时撕裂环的范围 有所不同。这说明与拉筋相比, 箍筋不但可以抗冲 切, 还能起到约束板筋的作用。 试件 BZ1 与 BZ3 主要对比改变箍筋间距对板 16 建筑结构2013 年 柱边节点抗冲切性能的影响。两者破坏形态对比如 图 6 所示。 图 6
14、试件 BZ1 与 BZ3 破坏形态图 图 7试件 BZ1 BZ3 的滞回曲线 两试件破坏相同处: 加载至 2mm 时混凝土开 裂, 靠近柱边的板面及板自由边先出现裂缝, 随着位 移的增大, 开裂范围逐渐扩大, 继而在板面出现放射 状裂缝以及沿板筋的径向裂缝, 最后出现垂直于放 射状裂缝的短裂缝。当板自由边形成主斜裂缝时, 承载力达到最大值, 之后承载力下降, 加载过程中基 本不再有新裂缝产生, 仅为原有裂缝的加宽和延伸。 最终破坏时板面放射状裂缝多而密, 板自由边靠近 板侧混凝土破碎露筋, 板柱连接处混凝土掉渣。 两试件破坏差异处: 试件 BZ3 板面裂缝的数量 更多, 延伸范围更广, 板自由
15、边裂缝分布范围更广, 在靠近加载梁边也出现了裂缝。由于采取了箍筋加 密措施, 抗冲切能力加强, 最终破坏时并未形成试件 BZ1 的环状撕裂裂缝, 主要表现为板柱连接处混凝 土局部压碎, 为弯曲破坏, 此时, 板筋已发生明显的 屈曲。 2. 2 荷载- 位移滞回曲线 3 个试验试件的荷载-位移滞回曲线如图 7 所 示, 3 个试件的骨架线如图 8 所示。 由滞回曲线可知, 3 个试件总趋势一致, 在位移 较小时, 滞回曲线接近直线, 表明试件在未开裂阶段 处于弹性工作阶段。位移稍大后, 试件开裂, 滞回曲 线明显偏向位移轴, 表明试件在开裂后表现出非线 性的性质, 进入非弹性工作阶段, 试件的刚
16、度明显退 化, 承载力达到峰值后立刻降低, 表现出脆性破坏的 特征。滞回曲线的捏缩现象不明显, 滞回环较饱满, 说明试件耗能性能较好。分析滞回曲线不明显的捏 缩现象, 捏缩现象反映一次循环过程中, 加载到后期 时刚度增大, 卸载到后期时刚度减小。这主要是前 一次循环中试件产生裂缝, 下一次加载过程中混凝 土逐渐参与受压, 试件刚度逐渐增大。而本次试验 的 3 个构件板面出现的裂缝细而密, 破坏之前没有 明显的宽裂缝, 因此在加载过程中捏缩现象不明显。 由骨架线可知, 试件 BZ3 峰值荷载、 极限位移比试 件 BZ1, BZ2 大, 说明加密箍筋对抗冲切性能起到了 有利的作用。 3抗震性能对比
17、分析 3. 1 强度退化 在低周反复荷载作用下, 板柱节点的强度不断 退化。本文采用承载力降低系数 4来反映试件的 强度退化情况。各试件正反向加载等级下的承载力 降低系数见图 9。由图可知, 3 个试件强度均随着所 加位移的增大而逐渐退化, 在施加较小位移( 7mm) 时试件就发生了强度退化, 这与试验过程中裂缝的 发展情况是吻合的。试件 BZ2 刚度退化的要比其 他试件严重, 后期试件 BZ3 承载力降低系数要比其 26 第 43 卷 第 5 期张蕾, 等 钢筋混凝土板柱边节点抗震性能试验研究 图 8试件 BZ1 BZ3 的骨架线 图 9各试件正、 反向加载等级下的承载力降低系数 他试件大,
18、 这表明加密箍筋对后期强度退化有一定 的抑制作用。 3. 2 刚度退化 在低周反复荷载作用下, 随着试件进入非线性 及损伤累积, 各试件的刚度将逐渐退化。本文采用 各加载步第一循环所对应的环线刚度来表示试件在 低周反复荷载作用下的刚度退化特性, 以层间位移 角为横坐标, 对应的环线刚度为纵坐标, 试件的刚度 退化见图 10。图中可以看出刚度从大到小依次是 BZ3, BZ1, BZ2, 但三者相差不大。刚度退化方面, 3 个试件随着施加位移的增大刚度迅速退化, 试件 BZ3 与 BZ1 相比刚度退化要缓慢些, 这说明采取加 密箍筋措施后, 试件的刚度有所改善。 图 10试件的刚度退化 3. 3
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