水平地震下钢混结构梁柱抗震性能试验研究.pdf
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1、第 53 卷 第 16 期2023 年 8 月下建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.16Aug.2023DOI:10.19701/j.jzjg.LS210327 作作者者简简介介:陈希,硕士,讲师,主要从事土木工程建设施工工作,Email:cx10030201 。水平地震下钢混结构梁柱抗震性能试验研究陈 希(重庆工贸职业技术学院,重庆 408000)摘要:设计不同腹板厚度与宽度的钢混结构梁柱试件,利用电液伺服拟动力加载系统模拟水平地震,研究水平地震作用下钢混结构梁柱抗震性能,分析钢材安装方式与钢材腹板形状等因素对梁柱剪切变形与耗能能力等抗震性能的影响。试验结果
2、表明:斜向安装扩大十字形钢混结构梁柱的剪切变形较小、耗能能力较优;在钢混结构梁柱处安装加强板的试件滞回曲线未出现捏缩现象,剪切变形较小,有效延缓梁柱刚度及强度退化现象,提升抗震性能;轴压比与梁柱强度、刚度退化程度呈正比;腹板厚度越厚,梁柱的受剪承载力越大,抗震性能越佳。腹板宽度对梁柱受剪承载力影响较小,通过缩短腹板宽度缩减钢材尺寸,确保梁柱抗震性能较优。关键词:钢混结构;梁柱;抗震性能;动力加载;钢材腹板 中图分类号:TU375 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)16-0026-05引用本文 陈希.水平地震下钢混结构梁柱抗震性能试验研究J.建筑结构,2023,53(16):
3、26-30.CHEN Xi.Experimental study on seismic performance of steel-concrete structure beam and column under horizontal earthquakeJ.Building Structure,2023,53(16):26-30.Experimental study on seismic performance of steel-concrete structure beam and column under horizontal earthquake CHEN Xi(Chongqing Vo
4、cational and Technical College of Industry and Trade,Chongqing 408000,China)Abstract:The specimens with different web thicknesses and widths were designed,and the electro-hydraulic servo pseudo dynamic loading system was used to simulate horizontal earthquakes,and the seismic performance of steel co
5、mposite beams and columns under horizontal earthquakes was studied.The effects of steel structure installation mode and steel web shape on the seismic performance of beam-columns,such as shear deformation and energy dissipation capacity,are analyzed.The test results show that the shear deformation o
6、f the beam-column of the extended cross steel composite structure is small and the energy dissipation capacity is good.There is no clamping phenomenon in the hysteretic curve of the specimens of steel-concrete structure beams and columns,and the shear deformation is small,which effectively delays th
7、e stiffness and strength degradation of the beams and columns,and improves the seismic performance.The axial compression ratio is proportional to the degradation degree of the strength and stiffness of the beam and column.The thicker the web thickness is,the greater the shear bearing capacity and th
8、e better the seismic performance of the beam-column.Web width has little influence on the shear strength of the beam-column,and the steel size can be reduced by shortening the web width to ensure better seismic performance of the beam-column.Keywords:steel-concrete structure;beam and column;seismic
9、performance;dynamic loading;steel web 0引言 钢混结构是在钢管中添加混凝土。弹塑性较优的钢材存在较好的抗弯性能,但其失稳性较大,大幅度降低了钢材的轴向抗压性能1-3,在钢管中添加混凝土可增强钢材的刚度。因为混凝土抗压性能较高,但其抗弯性能较差,钢混结构可结合两种材料的优点4,提升梁柱的承载力、塑性与韧性等性能,提升经济效益。钢混结构梁柱属于主要的受力部位,梁柱设计是否合理,直接影响建筑的安全性与工程经济效益5,梁柱受力情况较为繁琐,因此需要深入研究梁柱的结构,提升建筑的抗震性能,减轻地震高发地区的经济损失。徐红等6对桁架式钢骨混凝土梁柱节点抗震性能进行试验
10、研究,分析梁柱的抗震性能,试验结果表明:轴压比显著影响梁柱刚度与承载力,其值越大,梁柱承载力越大,刚度退化越严重,安装交叉斜腹杆可提升梁柱的耗能。白国良等7对竖向地震作用下钢-钢筋混凝土塔式组合结构抗震性能进行研究,分析其抗震性能,试验结果表明:在不同自振频率下,钢混结构质心处的加速度响应最大,位移最大,竖向地震对第 53 卷 第 16 期陈 希.水平地震下钢混结构梁柱抗震性能试验研究结构存在控制作用,同等标准的水平地震作用下,钢混结构的加速度最大值出现时间靠后,钢混结构塔顶竖向伸缩情况不显著。但这两种方法并未分析水平地震与钢材腹板形状对梁柱抗震性能的影响,为此通过水平地震作用下钢混结构梁柱抗
11、震性能试验,分析梁柱抗震性能的影响因素,提升其抗震性能。1材料与方法1.1 试件设计和制作 试验中钢混结构梁柱模型选择水平地震作用下邻近梁柱弯点间的十字形单元,该单元边界条件易于分析,梁、柱两端仅承受水平方向荷载。模型高度为 2 200mm,梁跨度为 2 850mm,试验中设计制作四种类型的试件,分别为普通十字形钢梁柱 A、斜向安装扩大十字形钢梁柱 B、斜向安装扩大十字形钢梁柱 C、斜向安装扩大十字形钢并在梁柱连接处安装加强垫板的钢梁柱 D1。四种类型试件数量各10 个,其中 D 类型包含五种不同腹板厚度与宽度的试件,主要设计参数见表 1、2。表 1 试件设计参数试件类型柱型钢梁型钢截面/mm
12、碳含量/%截面/mm碳含量/%梁柱相交方式A14070790.2214070790.18正交B19580690.2422080690.23正交C22080690.2822080690.27正交D122080690.2622080690.24正交表 2 D 类型试件的腹板厚度与宽度试件编号腹板厚度/mm腹板宽度/mmD15146D27146D39146D4793D571891.2 材料力学性能 建筑钢材选择普通 Q235 级型钢,纵筋、箍筋直径分别为 25、9mm,钢材力学性能如表 3 所示。表 3 钢材力学性能钢材类型屈服强度fy/MPa极限强度fcu/MPa弹性模量/(N/mm2)箍筋319
13、4902.1105纵筋4596242.2105钢板2593992.1105将试件 D3与混凝土 C50 混合,保护层厚度均为25mm,由立式振捣浇筑混凝土,预留 4 个 160mm160mm160mm 标准的立方体试件,养护条件是室外自然条件,混凝土力学性能如表 4 所示。表 4 混凝土力学性能试件编号配合比(水泥 水 砂 石)立方体抗压强度/MPa弹性模量/MPaSPE-21 0.31 1.12 2.3732.7922 000SPE-31 0.31 1.12 2.3733.0222 0001.3 加载方案与测量内容 加载装置选择 MTS 电液伺服拟动力加载系统,利用电动油泵将 1 200kN
14、 千斤顶的竖向轴压力作用于柱顶,允许柱顶改变方向,确保水平移动的实时性,水平方向反复荷载选择 1 200kN 的动作器。依据 建筑抗震试验方法(GB/T 500812019)原则设计加载方案,按照轴压比利用竖向千斤顶在柱顶一次性施加轴向压力,当柱顶受力达到设计值时,令竖向荷载不再发生改变,并确保梁端力传感器的力为 0;再利用水平动作器在柱顶施加低周反复水平荷载,模拟水平地震作用效果8,加载方式为荷载和位移的混合控制,将钢腹板核心部分达到屈服作为标志。在试件屈服前,选择荷载控制与分级加载方式,各级荷载反复次数为一次,屈服后选择柱顶相对侧移倍数展开加载,加载位移分别是 2y、3y、,其中 y为钢腹
15、板处于屈服应变情况下的柱顶位移;各级位移均重复循环 4 次,直至水平荷载降到峰值荷载的 75%。测试的钢结构力学性能如表 5 所示。表 5 钢结构力学性能试件参数标准试件腹板上开孔的削弱型节点FR-1FR-2FR-3FR-4FR-5孔距 d/mm200200400400孔径/mm无孔100155100200连接方式混合连接 混合连接 混合连接混合连接 混合连接连接角钢L10010L10010L10010L10010L10010螺栓个数99999螺栓规格M16M16M16M16M16螺栓等级8.8 级8.8 级8.8 级8.8 级8.8 级试验主要测量内容包含钢混结构核心区剪切变形与耗能性能等。
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