T形钢管混凝土异形柱——钢梁框架节点性能研究
- 格式：pdf
- 大小：302.37 KB
- 文档页数：4
第２期（总第１２１期） 试验研究口
Ｔ形钢管混凝土异形轻 钢梁框架苇点牲能研究
葛广全
（西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安７１００５５）
摘要本文通过低周反复加我试验对２个Ｔ形带加劲肋柱贯通式钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点进行 了试验研究．研究了不同肢高肢厚比情况下节点的滞回性能、强度及延性、破坏特征等特性。试验结果表明，钢管
混凝土并形柱与铜粱框架节点滞田环饱满、耗能能力较好，强度和延性较高，抗震性能较好。试验结果能够为这
种新型结构形式在实际工程中的应用提供指导意见。
关键词低周反复荷载试验：肢高肢厚比：滞回性能；抗震性能
Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｔ—ｓｈａｐｅｄ ｓｔｅｅＩ ｔｕｂｕｌａｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ
ｓｐｅｃｉａｌ—ｓｈａｐｅｄ ｃｏｌｕｍｎ ａｎｄ ｓｔｅｅＩ ｂｅａｍ ｆｒａｍｅ ｓｈａｐｅｄ ｎｏｄｅｓ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｓｐｅｃｉａｌ－ｓｈａｐｅｄ ｃｏｌｕｍｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｗｏ Ｔ－ｓｈａｐｅｄ ｓｔｉｆｅｎ
ｉｎｇ ｒｉｂｓ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｃｙｃｌｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｂｅａｍ ｆｒａｍｅ ｓｈａｐｅｄ ｎｏｄｅｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｌｓｏ，ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｌｉｍｂ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｒａｔｉｏ ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ，ｆａｉｌｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ
ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｅｘｐｏｓｅ ｔｈａｔ ｓｔｅｅｌ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｂｅａｍ ｆｒａｍｅ ｉｏｉｎｔｓ ｓｈｏｗ ｆｕＩＩ ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｌｏｏｐｓ，ｂｅｔｔｅｒ ｅｎ—
ｅｒｇｙ ｄｉｓｉｐａｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｅｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ，ｈｉｇｈｅｒ ｓｅｉｓｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ａｂｌｅ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ
ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｎｅｗ ｆｏｒｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ—ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｔｅｓｔ：ｔｈｅ ｂｉｇｈ ｌｉｍｂ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｒａｔｉｏ；ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｓｅｉｓｍｉｃ
ｂｅｈａｖｉ０
０引言
异形柱应用于高层住宅建筑能使结构避免肥梁胖柱，避
免房间出现棱角，适合建筑布局，提高使用面积；节约大量钢
支撑，大大缩短了工期．提高了工程质量。近年来钢管混凝土
异形拄已经成功地运用在实际工程中，如：广州名励大厦、江 门巾旅大厦等大型建筑工程中。钢管混凝土异形柱结陶作为
一种新型的结陶形式在理论、试验研究以及实际工程中都缺
乏可靠的设计施工依据．目前对钢管混凝土异形柱的理论和
应用研究还比较少．主要有周济大学进行了Ｔ形、Ｌ形钢管混
凝土柱抗震性能研究。华南理工大学提出了带约束拉杆的Ｔ 形、Ｌ形钢管混凝土柱。本文对Ｔ形钢管混凝土异性柱与钢粱
节点进行了低周反复荷载试验及分析，其结果，可以为该类
型节点的设计提供参考。
１ Ｔ形钢管混凝土异性柱与钢梁节点传力机理
钢管混凝土节点在地震作用下．承受柱和框架梁传来的
轴向力、弯矩和剪力 。但钢管使核心混凝土三向受压，其节
Ｔ２试件 貊 点内力比较复杂。大多数抗弯节点同时承受剪力和抵抗弯
矩．对于刚性节点Ｉ５１。弯矩是以翼缘上受拉和受压的形式由粱
传给柱Ｉｚ２１１７１．在Ｔ形钢管混凝土异形柱与钢梁节点中．压力是
由混凝土和钢管共同承担。而拉力是由内设的水－＇Ｆ）Ｊｕ劲板和
钢管腹板来共同承担。水平加劲板是用熔透焊住与钢梁上下
翼缘相同位置高度处住钢管内部与柱翼缘相连接的．由于钢
粱翼缘中的拉力主要通过水平加劲肋传递嗍。试验设计中作
如下假定：（ 节点弯矩等于粱塑性弯矩；（ 弯矩是通过梁翼
缘以一对力的形式传递．钢梁中的剪力通过焊缝传递给腹板１１ｏｉ。
斌件设计破坏形式重要有以下几种：①＿｝（平加劲板受拉破
坏：②柱腹板拉裂破坏；③钢梁翼缘受拉破坏 。
２ Ｔ形钢管混凝土异性柱与钢梁节点试验设计
２．１试件尺寸、参数设计及材料性能实验
试验试件采用１１２缩尺进行制作，如图Ｉ，混凝土与试件
钢材参数如表ｌ、表２所示ｍ１，钢管由钢板拼焊而成．采用角
焊缝。工字型钢梁由三块钢板全熔透焊接而成．钢梁上下翼
图１试件截面尺寸 Ｔ３试件
封 一试验研究 ２０１１年
缘与柱壁采用设有垫板的对接焊缝，混凝土使用商品豆石混
凝土直接进行浇灌。
表１混凝土参数 变形曲线．梁塑性铰区曲率和截面转角等。
（３）加载制度：按照《建筑抗震试验方法规程》（ＪＧＪｌ０ｌ一
９６）［３】的规定采用力一位移控制混合加载制度，如图３所示。
（４）ＪＪｌ￣载：首先，将柱顶荷载加到设计值Ｎ如表３所示，
并且保证在整个试验过程中。变化幅度在其值的５％内。然后
表２钢板参数
２．２试验装置及加载制度 本次试验是粱柱节点试验，以节点域为主要研究对象，
为了更好地反映实际情况，故采用柱端加载的方法，加载点
没置在柱上端。 （１）试验设备主要有：加载设备，反力墙，试验台座，荷载
架，支撑架，其中加载设备采用电液伺服加载系统，如图２。
（２）预测数据有：荷载大小，支座反力，支座位移，荷载一
着ｔ 位善 —ｔ＝’一 ：｝ 图２ Ｔ形试件加载装置及测点布置简图
／ ●／ ／ ＿７
Ｖ－ｙ ／ ／ ／ 次
图３力一位移混合加载制度示意 在柱端分级加载屈服水平地震力Ｐ如表３所示。 ３试验现象与试件破坏形态 一
对于Ｔ２试件当柱端荷载小于８０ｋＮ时。节点恢心区的应
变片均未达到屈服应变，整个节点域处于完全弹性工作状
态。当柱端推力超过８０ｋＮ时，经过三圈循环节点核心区有个
别测点达到屈服应变，继续加载当推力达到１９０ｋＮ时，节点
核心区大部分测点达到屈服应变。此时可以确定屈服荷载大
概为１９０ｋＮ，屈服位移为２４ｍｍ，随后开始位移控制加载，每
级增加１０ｍｍ．当推至３７ｍｍ第二圈时，节点核心区柱翼缘上
部与节点域腹板连接处竖向焊缝开裂如图４（ａ），承载力开始
下降．当推至５１ｍｍ左右时，节点核心区柱翼缘上部与节点
域腹板连接处竖向焊缝开裂延伸贯穿整个节点域如图４（ｂ），
钢管柱Ｔ形面出现凹陷如图４（ｅ）。承载力急速下降，试件破
坏。
１ｒ３试件与 试件试验现象过程基本相似，屈服荷载大
概为２８０ｋＮ。屈服位移为３４ｒａｍ，此时可以听到柱内有明显的
响声．可以推断钢管柱内混凝土开始破坏，当推至５５ｍｍ左 右时．节点核心区柱翼缘下部与节点域腹板连接处竖向焊缝
开裂，承载力达到最大，随后开始下降，当推至７０ｍｍ左右
时．节点核心区柱翼缘下部与节点域腹板连接处竖向焊缝开
裂延伸贯穿整个节点域，钢梁下翼缘焊缝拉断如图４（ｄ），承
载力急速下降。试件破坏。
４试验结果与分析
试件滞回曲线如图５所示，从滞回曲线上可以观察到：
（１）Ｔ２试件在荷载小于１９０ｋＮ，＇１３试件在荷载小于
２８０ｋＮ时．力和位移基本呈线性关系，滞回曲线直线上升，刚
度无明显退化．残余变形也很小，试件处于弹性状态，随荷载
增大．滞回曲线都比较饱满，试件具有良好的强度和延性特
征．而且彼此大体形状相似。表明此种节点具有较好的抗震
性能．即较强的耗能能力。
裹３盆验加载Ｎ、Ｐ值及试件节点设计参数 第２期（总第１２１期） 试验研究一
（ａ）柱翼缘与腹板竖向焊缝开裂 （ｂ）竖向焊缝开裂延伸贯穿整个节点域 （Ｃ）钢管柱Ｔ形面 现凹陷 （ｄ）钢粱下翼缘焊缝拉断 围４试件破坏形态
３０Ｏ
２００
１ｏｏ
至 ．０
・１ｏ０
－２００
．３０Ｏ ４００
３００
２ｏ０
１００
三０
一１００
－２００
－３００
＿４ｏｏ －６０ －４０ －２０ ０ ２０ ４０ ∞ －６０ －４０ －２０ ０ ２０ ４０ ６０ △（ｍｍ） △（ｍｍ） 图５试件滞回曲线 （２）所有试件在正向或者反向加载达到极限荷载时，节 从滞回曲线可得到节点试件的骨架曲线，如图６所示，
点核心区柱翼缘与节点域腹板的焊缝突然开裂，承载力急剧 从图中可以看出：
下降，焊缝开裂后所有试件随着柱端力的增加，柱翼缘在工 （１）所有试件在达到极限荷载后，均能表现出良好的延
字梁翼缘的拉力作用下．裂缝逐步加宽。承载力也随之逐步 性和后期变形能力。具有较高的承载力和弹性刚度。
下降，图中滞回曲线下降段呈阶梯状。 （２）Ｔ形钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点试件的骨架
（３）根据我国《建筑抗震设计规范》Ⅲ１中对钢结构弹塑性 曲线有着较长下降段，在大位移阶段具有良好的延性。
层问位移角限值为１／５０的规定，以本试验的结果来看，在设 （３）从骨架曲线可以看出Ｔ３试件比Ｔ２试件具有更高的
计规范所允许的层间位移角范围内，Ｔ形钢管混凝土异形柱 承载能力，这主要是因为Ｔ３试件的肢高肢厚比为３，Ｔ２试件
与钢梁框架节点能够保证结构承载力不退化。 为２，从而Ｔ３试件节点域核心区面积也就相应较大。
４００
３ｏ０
２００
１Ｏ０
枣 。
一１０Ｏ
－２０Ｏ
－３００
．４００ －６０ －４０ —２０ ０ ２０ ４０ ｅＯ ，ｍｍ
圈６试件骨架曲线
・１３・
湖
