方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙抗震性能试验研究
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钢管混凝土结构构件抗震能力的研究与优化由于地震的频繁发生,钢管混凝土结构的抗震能力备受关注。
在构件的设计和优化方面,有各种方法和技术可以利用来提高其抗震能力。
本文将探讨一些研究和优化方法,以提高钢管混凝土结构构件的抗震能力。
首先,钢管混凝土结构中的钢管表现出了优异的抗震能力,因为它们可以承受很大的压力和剪力,即使在较大的位移下也不会断裂或破坏。
相比之下,混凝土在弯曲和剪切力下的抗力较小。
因此,运用钢管混凝土增强构件的抗震能力已成为一种广泛应用的方法。
其次,在钢管混凝土构件中采用预应力钢筋同样可以提高其抗震能力。
通过在钢管混凝土中引入预应力钢筋,可以控制构件的形变和破坏,从而增加抗震能力。
此外,预应力钢筋强度高,可增加构件的刚度和强度,减少位移和破坏。
此举有助于改善构件的力学性能,提高其抗震性能。
第三,金属衬板的使用也是提高钢管混凝土结构构件抗震能力的方法之一。
金属衬板通过强化混凝土外表面来提高其抗震能力。
金属衬板具有很高的刚度和强度,可以承受很大的压力、剪力和弯曲力。
此举可增加构件的整体刚度和强度,提高其抗震能力。
不过,在使用金属衬板时,必须注意其与钢管混凝土之间的粘结问题,以确保整个结构的稳定性。
最后,纤维增强复合材料(FRP)的应用也是一种成熟的方法来提高钢管混凝土结构构件的抗震能力。
FRP具有轻重量比高、强度高、耐腐蚀性高等特点,它的应用可以增加钢管混凝土结构构件的自重,从而提高其频率和抗震性能。
同时,FRP的使用可以增加钢管混凝土结构构件的韧性,防止其在受到地震荷载时出现严重破坏。
总之,针对钢管混凝土结构构件的抗震能力,我们可以采用多种方法和技术来进行研究和优化。
这些方法和技术可以分别或者同时应用,以提高钢管混凝土结构构件的整体抗震性能,保障建筑的安全性。
浅谈钢管混凝土结构抗震性能研究摘要:本文论述了钢管混凝土构件、梁柱节点、空间桁架动力性能和框架结构等方面研究结论,并提出有待解决的问题。
关键词:钢管;混凝土结构;抗震性能钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。
其工作实质在于钢管及其核心混凝土的协同互补和相互作用。
由于这种相互作用,使钢管混凝土具有一系列优越的力学行能,同时也导致了其力学性能的复杂性。
钢管混凝土构件在受力过程中,由于钢管对其核心混凝土的约束作用,使混凝土材料本身性质得到改善,即强度得以提高,塑性和韧性得到改善。
同时,由于混凝土的存在可以有效地提高钢管的稳定性。
因此,研究钢管混凝土结构抗震性能不能简单的与混凝土结构的抗震性能进行加减,而必须通过相应的试验研究来得出相应的结论。
1.钢管混凝土梁柱节点的抗震性能国内外专家学者提出了一些有代表性的节点型式,并从构造型式,力学性能,工作机理方面进行了试验研究。
但真正对节点进行抗震性能方面的研究是从20世纪90年代才开始,主要通过节点核心区的工作性能,不存在绝对的刚接节点,而铰接节点的原理和构造都比较简单,只要设置牛腿传递梁端剪力。
因此,下文主要针对刚接节点的抗震性能进行探究。
目前钢管混凝土刚性节点类型主要有:外加强环式节点,承重销式和穿心钢板式节点;肋板式节点;钢筋环绕式节点;钢筋混凝土环梁式节点。
当钢管截面尺寸较大时,还可采用内加强环式节点、锚定式节点、十字板式节点和钢筋贯通式节点等。
1.1承重销式和穿心钢板式节点根据几种不同的承重销式和穿心钢板式节点的试验研究可知,尽管各试件的破坏形态不同,但都表现出良好的延性。
在钢管混凝土柱-钢筋混凝土单梁暗牛腿节点的试验中,节点的破坏均发生在梁端,出现塑性铰,且两个加载方向均表现出良好的耗能能力,滞回环饱满,成梭形,说明抗震性能良好。
因此,此类节点具有传力明确,受力安全可靠,塑性性能好,但存在着用钢量大,且管内的焊接较困难等问题。
1.2钢筋环绕式节点通过对钢筋网或环形钢筋加强钢管不直通式节点进行了试验研究,该类节点的特点是钢管混凝土柱的钢管在梁柱节点区不直接通过,节点区混凝土采用梁板的强度等级,由此产生的轴向承载力的下降,通过采用环梁加大节点区截面,并配置水平钢筋网或环形钢筋来加强和提高。
第28卷第2期2008年4月地 震 工 程 与 工 程 振 动J OURNAL OF EARTHQUAKE ENG I N EER ING AND E NG I NEER I NG V I BRAT IONV o.l 28N o .2A pr .2008收稿日期:2007-06-11; 修订日期:2007-09-28基金项目:国家自然科学基金项目(50678010);北京市属市管高校拔尖创新人才基金项目(05004311200501);北京市新世纪百千万人才基金项目(35004999200602);北京市自然科学基金项目(8072007)作者简介:王敏(1981-),女,博士研究生,主要从事工程抗震研究.E m ai:l w angm i n1981@e m ails .b j ut 文章编号:1000 1301(2008)02 0090 06钢管混凝土边框高强混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究王 敏1,2,曹万林1,2,张建伟1,王绍合3,曾 彬1(1.北京工业大学建筑工程学院,北京100022;2.城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室,北京100022;3.广州市住宅建筑设计院,北京100022)摘要:钢管混凝土边框组合剪力墙是一种新型组合剪力墙。
本文进行了2个1/4缩尺的高强混凝土剪力墙模型的低周反复荷载试验,模型1为普通钢筋混凝土剪力墙,模型2为钢管混凝土边框组合剪力墙。
在试验研究基础上,对比分析它们的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征,建立了组合剪力墙的承载力计算模型,计算结果与实测结果符合较好。
研究表明,钢管混凝土边框高强混凝土组合剪力墙与普通剪力墙相比抗震性能显著提高。
关键词:钢管混凝土;高强混凝土;组合剪力墙;抗震性能中图分类号:TU 375文献标志码:ASeism ic experim ental research on high strength concrete compositeshear wa ll w ith concrete filled steel tube columnsWANG M in 1,2,CAO W an li n 1,2,Z HANG Jianw e i 1,WANG Shaohe 3,ZENG B i n1(1.The Coll ege ofA rch itect u re and C i vil Engi n eeri ng ,B eiji ng U nivers it y of Technol ogy ,Beiji ng 100022,Ch i na ;2.K ey Lab ofUrb an S ecu ri ty and D is aster Engi n eeri ng ,M OE ,B eiji ng 100022,Ch i na ;3.The Insti tuteofR es i denti al Arc h itecture D es i gn ofGuangzhou ,B eiji ng 100022,Ch i na)Abst ract :C o mposite shear w allw it h concrete filled steel tube columns i s a ne w kind o f co m posite shear w al.l Ex peri m ental stud ies on t h e se is m ic behav i o r of t w o 1/4scale high strength concrete shear w a llm ode ls under lo w fre quency circle load are done .One m ode l is trad itional reinforced concrete shear wa l,l the o t h er is co m posite shear w a llw ith concrete filled stee l tube co l u m ns .Based on t h e experi m en,t load carrying capacity ,ductility ,stiffnessand its degradati o n ,hysteretic pr operty ,energy d issipati o n and failure pheno m ena o f each shear w a ll are contras ti v e l y analyzed .The for m ulas o f l o ad carry i n g capac ity are established .The results obta i n ed fro m the for mu las and t h ose fro m experi m ent are i n good agree m en.t The results sho w that the se is m ic behav ior o f h i g h strength concrete co m posite shear w allw ith concrete fill e d stee l t u be columns has been deve l o ped ev i d ently co m pared w ith the tradi ti o na l reinforced concrete shear w al.lK ey w ords :concrete filled steel tube ;high streng t h concrete ;co m posite shear w al;l seis m ic behav i o r引言剪力墙是高层建筑结构中的核心抗侧力部件,研制抗震性能好的剪力墙是建筑抗震设计的关键技术之一,近年来对于组合剪力墙的研究越来越多[1-6]。
钢板剪力墙抗震性能的试验研究钢板剪力墙是一种由钢板和框架组成的结构体系,其通过钢板的面内受剪来抵抗水平地震作用。
为了深入了解其抗震性能,我们进行了一系列精心设计的试验。
试验中,首先需要确定合适的试件尺寸和构造。
试件的尺寸应能够反映实际结构中的受力情况,同时也要考虑试验设备的加载能力。
在构造方面,包括钢板的厚度、框架的梁柱尺寸和连接方式等,都需要根据实际工程中常见的形式进行设计。
加载方案是试验的关键环节之一。
通常采用拟静力加载,模拟地震作用下结构的往复水平位移。
加载过程中,逐渐增加荷载的大小和位移的幅度,观察试件的变形、破坏模式以及滞回性能。
在试验过程中,我们发现钢板剪力墙表现出了独特的抗震性能特点。
首先,其初始刚度较大,能够在地震初期有效地限制结构的水平位移。
随着荷载的增加,钢板逐渐进入屈服阶段,通过塑性变形耗散能量,表现出良好的耗能能力。
观察试件的变形情况可以发现,钢板在水平荷载作用下会发生局部屈曲,但这种屈曲并不一定导致结构的立即破坏。
相反,屈曲后的钢板仍能够继续承担荷载,并与框架协同工作,进一步提高结构的抗震能力。
通过对试验数据的分析,我们得到了钢板剪力墙的滞回曲线。
滞回曲线是评估结构抗震性能的重要指标,它反映了结构在反复加载过程中的荷载位移关系。
从滞回曲线可以看出,钢板剪力墙具有饱满的滞回环,这意味着其具有良好的耗能能力和抗震韧性。
然而,试验中也发现了一些问题。
例如,在某些情况下,钢板与框架的连接部位可能会出现过早的破坏,从而影响整个结构的抗震性能。
此外,钢板的厚度和框架的刚度匹配不当也可能导致结构的性能不理想。
为了进一步提高钢板剪力墙的抗震性能,我们可以从以下几个方面进行改进。
优化钢板与框架的连接方式,采用更可靠的节点构造,增强连接部位的承载能力和变形能力。
合理选择钢板的厚度和框架的刚度,使二者能够协同工作,充分发挥各自的优势。
此外,还可以考虑在钢板上设置加劲肋或者采用组合钢板剪力墙等形式,进一步提高结构的刚度和耗能能力。
试论框架-剪力墙结构抗震设计在钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构中,钢板在屈曲后仍然能够进行有效的重力承载,在强震环境下发挥良好的抗震作用。
该结构能够克服传统混凝土剪力墙结构中开裂早、延性差等缺陷,降低结构的自重,缩小截面面积,增强剪力墙的抗震效果。
目前,钢板剪力墙结构已在高层建筑中投入使用,成为侧抗力体系中发展前景最好的结构之一。
1.有限元模型的建立及验证1.1结构设计设计20层方钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构,结构层高为3.6m,平面布置如图1所示。
设计地震烈度为9°,楼板厚度120mm,钢管混凝土柱中钢材屈服强度345MPa,钢管中采用C50混凝土;框架梁采用H型钢梁,屈服强度235MPa;钢板剪力墙采用屈服强度100MPa的低屈服点钢材,标准层楼面荷载为5kN/m2,屋面荷载为6kN/m2。
选取图1中一榀方钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构体系作为本文的分析模型,并初步确定柱子截面尺寸的设计方法[1],最终选定各构件截面尺寸,如表1。
表1分析模型中各构件截面尺寸楼层框架柱截面/mm框架梁截面/mm剪力墙厚度/mmVBE柱截面/mm01-05550×550×15H500×300×11×187.5800×800×40006-10500×500×12750×75 0×3511-15450×450×10700×700×3016-20400×400×10600×600×25 1.2有限元验证本文采用非线性分析功能强大的Open Sees软件模拟结构,方钢管混凝土柱和钢梁采用非线性梁柱单元Nonlinear Beam Column模拟,混凝土采用Open Sees 材料库提供的Concrete02模型,方钢管和钢材的本构关系选用Steel02模型。
框架-剪力墙结构抗震性能研究一、.框架--剪力墙结构的特点1.1框架--剪力墙结构的受力变形特点框架-剪力墙结构由框架及剪力墙两类抗侧力单元组成[1] 。
这两类抗侧力单元在水平荷载作用下的受力和变形特点各异。
剪力墙以弯曲型变形为主,随着楼层的增加,总侧移和层间侧移增长加快,如图1(a)左所示;框架以剪切型变形为主,随着楼层的增加,总侧移和层间侧移增加减慢,如图1(a)右所示。
对于框架-剪力墙结构,通过楼板把框架和剪力墙联系在一起,楼板在其本身平面内刚度很大,它迫使框架和剪力墙在各层楼板标高处共同变形,如图1(b)所示。
框架与剪力墙在协同工作时,剪力墙单元的刚度比框架大得多,往往由剪力墙承担大部分外荷载,但二者分担荷载的比例上、下是变化的。
由它们的变性特点可知,剪力墙下部变形将增大,框架下部变形却减少了,这使得下部剪力墙承担更多剪力,而框架下部承担的剪力较小。
在上部,正好相反,剪力墙变形减小,因而卸载,框架上部变形加大,担负的剪力将增大。
因此,框架上部和下部所受的剪力趋于均匀化。
因此,框架-剪力墙结构的变形曲线如图1(c)所示:其层间变形在下部小于纯框架,在上部小于纯剪力墙,称反S的弯剪型位移曲线。
1.2 框架--剪力墙结构的受力特性的分析(1)刚度特征值λ对框架-剪力墙结构受力和位移特性的影响框架--剪力墙结构的刚度特征值λ是框架抗推刚度与剪力墙抗弯刚度的比值。
按下式表示:(式1)从上式可以看出:当框架抗推刚度很小时:λ值较小;λ=0即纯剪力墙结构。
当剪力墙抗弯刚度较小时,λ值增大;λ=∞时即相当于纯框架结构。
(2)侧移特性对于具有一定顶点侧移的框架-剪力墙结构侧移曲线的形状与λ值有关。
当λ很小时,剪力墙起主要作用,框架刚度较小,结构位移曲线与剪力墙变形曲线相似,称弯曲型;当λ很大时,框架作用相对较大,墙的刚度较小,结构位移曲线与框架的剪切型靠近;当λ=1~6时,位移曲线介于二者之间,下部略带弯曲型,上部略带剪切型,总体呈弯剪变形,此时上下层层间变形较为均匀。
钢筋混凝土剪力墙抗震性能及尺寸效应试验研究目录一、内容描述 (2)1. 研究背景和意义 (3)1.1 钢筋混凝土剪力墙结构的重要性 (3)1.2 抗震性能研究的必要性 (5)1.3 尺寸效应研究的意义 (6)2. 研究现状及发展趋势 (7)2.1 国内外研究现状 (8)2.2 发展趋势与挑战 (10)二、试验方案与装置 (11)1. 试验目的与方案制定 (12)1.1 试验目的明确 (13)1.2 方案制定流程 (14)2. 试验装置与材料性能 (14)2.1 试验装置介绍 (15)2.2 材料性能参数 (16)三、钢筋混凝土剪力墙抗震性能试验 (17)1. 试验过程与实施步骤 (18)1.1 试件制作与安装 (20)1.2 加载制度与数据收集 (20)1.3 试验现象记录与分析 (21)2. 抗震性能分析 (22)2.1 破坏形态分析 (23)2.2 承载能力分析 (25)2.3 变形性能分析 (25)四、钢筋混凝土剪力墙尺寸效应试验 (27)一、内容描述本研究旨在探讨钢筋混凝土剪力墙的抗震性能及其尺寸效应,通过对现有国内外相关规范和标准的研究,分析了剪力墙的设计原则、构造要求和技术措施。
在此基础上,提出了一种新型的钢筋混凝土剪力墙结构设计方法,以提高其抗震性能。
通过对比试验研究,验证了新型设计方法的有效性。
为了更全面地了解剪力墙的抗震性能,本研究还从尺寸效应的角度对其进行了深入探讨。
通过对比不同尺寸的剪力墙在地震作用下的受力性能,揭示了尺寸效应对剪力墙抗震性能的影响规律。
还对剪力墙的抗震性能与尺寸效应之间的关系进行了定量分析,为优化剪力墙结构设计提供了理论依据。
结合实际工程案例,对新型设计方法和尺寸效应的影响进行了实证验证。
通过对实际工程中剪力墙的抗震性能测试,验证了新型设计方法的有效性和尺寸效应对剪力墙抗震性能的影响程度。
本研究从多个角度对钢筋混凝土剪力墙的抗震性能及其尺寸效应进行了全面、系统的探讨,为提高剪力墙结构的抗震性能提供了理论支持和实用方法。
钢管混凝土边框组合剪力墙性能研究综述【摘要】对国内外的钢管混凝土边框的组合剪力墙进行了初步的总结,包括组合剪力墙的整体抗震性能和墙板与边框柱的连接,并提出了研究中存在的一些问题【关键词】剪力墙组合结构钢管混凝土边框剪力墙作为一种抵抗侧向力的结构单元,抗侧刚度大,是抗震体系中的重要环节,被广泛应用于各类建筑结构。
高层中的纯剪力墙结构,可以和框架组合成框架—剪力墙结构,以及框架—核心筒结构中的核心筒也是由剪力墙组成,因此剪力墙的抗震性能对多层和高层结构的安全具有十分重要的意义。
对于钢管混凝土边框的钢筋混凝土组合剪力墙,以往对钢筋混凝土剪力墙的研究发现,若在墙板边缘设置边框,边框将承担相当一部分的剪力,同时边框对墙板的约束也可提高墙板的抗剪能力;此外边框的存在还可以改善剪力墙的延性.而采用带边框的组合剪力墙,将不同形式的边框和墙板结合起来可以发挥组合效应,进一步提高剪力墙的抗震能力。
1 国内外研究现状文献[1]对进行了2 个普通钢筋混凝土剪力墙和7个矩形钢管混凝土边框组合剪力墙的低周反复荷载试验,以及2个设置不同形式抗剪连接键的剪力墙节点的低周反复荷载试验。
并对不同混凝土强度等级,不同轴压比,不同剪跨比,不同强弱抗剪连接键等设计参数的矩形钢管混凝土边框组合剪力墙的抗震性能进行了研究。
在试验基础上,对比分析了剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征。
建立了组合剪力墙的承载力计算模型。
研究结果表明:钢管混凝土边框组合剪力墙及筒体具有良好的抗震性能。
文献[2]对1个普通钢筋混凝土剪力墙和3个矩形钢管混凝土边框剪力墙,模型按1/4缩尺进行了低周反复荷载下的抗震性能试验研究,在试验基础上,分析了各剪力墙的承载力、延性、刚度及其衰减过程、滞回特性、耗能能力和破坏特征建立了该新型剪力墙的承载力计算模型。
研究表明这种剪力墙可有效地组合混凝土剪力墙与钢管混凝土边框柱的优势,抗震效果良好。
文献[3]进行了6片高宽比在2-2.17的圆钢管混凝土剪力墙和1片对照钢筋混凝土剪力墙在高轴压比和往复水平力作用下的试验。
方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙抗震性能试验研究方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙抗震性能试验研究* 方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙抗震性能试验研究* 王先铁刘立达田黎敏贺博贾贵强李婷婷(西安建筑科技大学土木工程学院,西安710055) 摘要:对1个单跨两层1∶3比例的方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙试件进行低周反复荷载试验。
研究方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙的抗震性能,得到结构的破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等,分析结构的破坏机理、延性、耗能能力、承载能力及刚度退化等。
结果表明:方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的承载能力、抗侧刚度及良好的延性和耗能性能。
方钢管混凝土框架可为薄钢板剪力墙屈曲后性能的充分发挥提供足够锚固,使结构形成“先钢板墙后框架”的破坏机制,实现双重抗震设防目标。
与钢框架-薄钢板剪力墙相比,方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有更好的延性和抗震性能,是一种优良的双重抗侧力体系。
关键词:方钢管混凝土框架;薄钢板剪力墙;低周反复荷载试验;抗震性能EXPERIMENTAL STUDY ON SEISMIC BEHA VIOR OF CONCRETE-FILLED SQUARE STEEL TUBULAR FRAME-THIN STEEL PLATE SHEAR WALLSWang Xiantie Liu Lida Tian Limin He Bo JiaGuiqiang Li Tingting (College of Civil Engineering,Xi’an University of Architecture & Technology,Xi’an 710055,China) ABSTRACT:This paper presented the low-cyclic reversed loading test conducted by one 1∶3 scaled single-span two-layer experimental specimen designed as thin steel plate shear walls(SPSWs) within concrete-filled square steeltubular(CFST) frame. The seismic behavior of CFST frame-thin SPSWs was investigated. The failure pattern, load-displacement hysteretic curves, skeleton curve, characteristic loads and displacements were obtained. The failure mechanism, ductility, energy dissipation capacity, bearing capacity and stiffness degeneration were studied. The results showed that CFST frame-thin SPSWs had higher load bearing capacity, lateral stiffness and good ductility and energy dissipation behavior. The CFST frame could provide sufficient anchorage for the full action of thin steel pla te shear wall’s post-buckling strength. The ideal failure mechanism was achieved, namely “weak plate and strong frame”. The ductility and seismic behavior of CFST frame-thin SPSWs were better than the steel frame-thin SPSWs. The CFST frame-thin SPSWs was an effective dual-lateral load resisting system. KEY WORDS:concrete-filled square steel tubular frame;thin steel plate shear wall;low-cyclic reversedloading test;seismic behavior *国家自然科学基金项目(51108369,51408623);住房与城乡建设部科研项目(2014-K2-007);陕西省科技新星科研项目金(2013KJXX-54)。
第一作者:王先铁,男,1979年出生,博士,教授。
Email:wangxiantie@ 钢板剪力墙(以下简称钢板墙)结构是20世纪70年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系,其主要结构单元由内嵌钢板、竖向边缘构件(柱)及水平边缘构件(梁)构成。
传统钢板墙结构使用纯钢框架内填厚钢板,经济性差而且破坏机制不理想[1]。
薄钢板墙充分利用钢板墙的屈曲后强度,依靠拉力带抵抗水平荷载,具有自重轻、延性好、抗震性能优异及经济性好等优点[2]。
因此,薄钢板墙受到了国内外研究者的广泛关注。
以往针对薄钢板墙的研究多集中于用H型钢作为其竖向边缘构件。
Lubell对2个单层单跨非加劲钢板墙进行了试验研究,结果表明,当柱子截面较小时,可观察到明显的“沙漏”现象,柱子弯曲变形导致拉力场向刚度较大的梁上转移,最终钢板墙部分区域不能发挥作用[3];Hong-Gun Park等对5个单跨3层的框架-薄钢板墙进行了往复加载试验,研究了钢板墙高厚比和柱截面对滞回性能的影响,结果表明,薄钢板墙表现出很好的初始刚度、强度和变形能力,同时,框架柱必须具有比较厚实的截面以防止局部屈曲的发生[4];聂建国等对3个4层1∶5比例的钢板墙试件进行了拟静力试验,研究墙板开洞对其抗震性能的影响,结果表明,钢板墙具有良好的承载力、延性和耗能性能[5-7];李峰等对非加劲、十字加劲、开洞和开洞开缝4组钢板墙进行了拟静力试验,对比分析了不同试件的刚度、承载力、滞回性能和延性等,结果表明,各类钢板墙均具有较高的刚度、承载力和较好的耗能能力[8]。
H型钢作为竖向边缘构件易发生局部破坏,从而导致结构整体失效,影响薄钢板墙性能的充分发挥,降低了其抗侧承载力和耗能性能[9]。
方钢管混凝土构件具有较高的承载力、刚度、良好的延性及建筑适用性[10]。
研究表明,方钢管混凝土框架具有比钢框架更高的强度、刚度及更好的延性和滞回性能,且强度和刚度退化平缓[11-12]。
因此,采用方钢管混凝土柱作为薄钢板墙的竖向边缘构件,易满足薄钢板墙对边框较高的强度和刚度需求,有效避免传统薄钢板墙竖向边缘构件易过早失效的问题,充分发挥方钢管混凝土柱与薄钢板墙的结构性能,提高结构整体的抗震性能。
为研究方钢管混凝土框架-薄钢板墙的破坏形态和抗震性能,进行了一个方钢管混凝土框架-薄钢板墙试件的拟静力试验研究。
1试验概况1.1试件设计图1试件几何尺寸设计了1个1∶3比例单跨两层方钢管混凝土框架-薄钢板墙试件,其几何尺寸见图1。
其中,钢板墙截面为-3 mm×1 100 mm×1 100 mm,通过-6 mm ×60 mm的鱼尾板与框架采用双面交替间断角焊缝连接。
梁柱连接采用栓焊连接节点,节点区钢管设置内隔板。
钢板墙在侧向荷载作用下会产生拉力场,顶梁和底梁在单侧拉力场作用下承受较大弯矩和剪力;而中梁上下两侧拉力场相互抵消,因此,中梁尺寸相对较小。
根据文献[13]确定框架尺寸,如表1所示。
表1边缘构件截面规格钢管底梁、顶梁中梁□200×6H300×150×10×12H200×100×10×12 1.2材性参数所有钢材均采用Q235B,钢材材性试验结果如表2所示。
方钢管内灌C30混凝土,其立方体抗压强度实测值为33.9 MPa。
表2钢材力学性能板厚/mm理论值实测值屈服强度fy/MPa抗拉强度fu/MPa弹性模量E/105MPa伸长率δ/%32.89334.43484.602.1634.0165.43310.14456.032.1436.6710 9.89282.46430.142.0539.091211.92271.81438.451.9844.09 1.3初始缺陷及测点布置一层钢板墙面外初始变形为3 mm,约为钢板墙边长的1/380;二层钢板墙面外初始变形为5 mm,约为钢板墙边长的1/230。
位移计和应变片布置如图2所示。
梁柱节点区中心和钢梁腹板两端布置应变花,梁端上下翼缘布置应变片,以监测边缘构件应力发展情况;在钢板墙中部、角部以及其他应力较大位置布置应变花和应变片,以监测钢板墙应力发展过程。
顶梁、中梁和底梁梁端布置水平位移计监测试件水平位移。
图2位移计和应变片布置 1.4试验装置及加载制度 1.4.1试验装置试验在西安建筑科技大学结构与抗震实验室进行,采用拟静力方法加载。
加载装置如图3a所示。
通过两个带滚轴装置且顶部可单向转动的200t 油压千斤顶在柱顶施加400 kN竖向荷载,并在试验过程中保持恒定。
水平低周往复荷载通过两个100 t 的MTS电液伺服程控作动器提供,作动器位于试件两侧,一端与反力墙连接,另一端与梁顶专用水平加载分配梁相连(图3b)。
该水平加载方式可有效避免传统梁端加载的不对称及由于构件误差和加载偏心导致的试件整体扭转。
为防止试件在加载过程中发生平面外整体失稳,在框架柱两侧设置带轴承的侧向支撑(图3c)。
a—加载装置示意; b—水平加载装置; c—侧向支撑。
1—千斤顶;2—平面滚轴系统;3—作动器;4—侧向支撑;5—钢板墙;6—门架;7—反力墙;8—钢地梁。
图3试验装置 1.4.2水平加载制度水平往复荷载采用荷载-位移混合控制的加载方法[14]。
试件屈服前采用荷载控制,400 kN前每级荷载增量为100 kN,400 kN后每级荷载增量为50 kN,加载至屈服荷载Py,每级循环一圈。
试件屈服后采用位移控制,每级增量为屈服位移的50%,每级循环3圈,当荷载下降至峰值荷载的85%时停止加载,加载制度如图4所示。
加载时先推后拉。
图4加载制度 1.5试验现象1.5.1弹性阶段推至300 kN时,两层钢板墙均产生轻微的面外屈曲,二层中部偏左上位置钢板墙屈服(应变为1 635×10-6)。