不同埋深的钢管混凝土柱脚_基础锚固试验研究

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世 界 地 震 工 程 第 26卷
埋深的方法对于改善组合构件的锚固工作性能是很有效的 。这主要是由于柱脚埋深增大后 , 混凝土的有效
抗冲切面积变大 , 抗冲切截面有效高度增加 。
2.2 位移
表 4为试件钢管柱根相对基础拔出位移实测值 。表中 :uc为与 Fc对应的拔出位移 ;uy为与 Fy对应的 拔出位移 ;ucy为与 Fcy与对应的拔出位移 ;uu为与 Fu对应的拔出位移 ;ud为试件的弹塑性最大位移 , 为荷载 下降至极限荷载 85%时对应的拔出位移 。
Abstract:ThestructureofDalianConferenceCenteriscomposedofsomecompositecorewallswithconcretefilled steeltube(CFT)columnborders.Sooneofthekeytechnologiesisensuringtheanchoragereliabilitybetweenthe CFTcolumnandtheconcretefoundation.Inthispaper, two1/5 scalespecimensofCFTcolumnbaseembeddedin concretereinforcedfoundationweremadebasedonengineeringstructuresandtestedunderuniaxialrepeatedloading.Throughtheexperiments, theeffectofembeddeddepthonbearingcapacityandductilityisstudied.TestedresultsshowthatincreasingembeddeddepthmayeffectivelyimprovetheanchorageperformanceoftheCFTcolumn base.Theconstructionmethodsinengineeringcanmeetdesignrequirements, andtheanchorageperformanceisreliable. Keywords:CFTcolumnbase;concretefoundation;anchorageperformance;experimentalstudy
第 1期 王 金 , 等 :不同 埋深的钢管混凝土柱脚 -基础锚固试验研究
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表 1 混凝土抗压强度及弹性 模量 Table1 Propertiesofconcrete
试件 编号
KM1 KM2
抗压强度 /MPa 42.3 43.1
弹性模量 /MPa
3.28 ×104 3.25 ×104
荷载 、应变 、位移利用 IMP数采系统自动采集数据 。人工观测混凝土裂缝 。
2 试验结果及分析
2.1 承载力
表 3为试件基础的初始开裂荷载 Fc、进入弹塑性阶段荷载 Fy、显著开裂荷载 Fcy, 以及试件抗拔极限荷
载 Fu的实测值 。
表 3 模型各 阶段荷载实测值
Table3 Experimentalresultsofload-carryingcapacityineverystage
ExperimentalstudyonanchorageperformanceoftheCFT columnbaseswithdifferentembeddeddepth
WANGJin1 , CAOWanlin1, 2 , WANGLichang3 , ZHANGJianwei1, 2
(1.CollegeofArchitectureandCivilEngineering, BeijingUniversityofTechnology, Beijing100124, China;2.KeyLabofUrban SecurityandDisasterEngineering, MOE, Beijing100124, China;3.DalianArchitecturalDesignandResearchInstitute, Dalian116021, China)
32.1
1.89 ×105
30.6
1.71 ×105
27.5
1.97 ×105
加载系统为一个自平衡体系 。加载装置由 3部分构成 :(1)试验平台与混凝土基础固定连接系统 , 该系 统通过螺栓穿过基础上设置的孔与大型试验台座连接 ;(2)反力梁系统 , 该系统用刚度较大的横梁与柱脚上 端焊接的横梁通过 4根螺杆及小横梁连接 ;(3)加载系统 , 该系统由对称布置的 2个 100t千斤顶组成 , 竖向 千斤顶底座与基础连接 , 竖向千斤顶通过油压驱动活塞上升对水平反力梁施加荷载 。 加载装置见图 2。
表 4 试件位移实测值 Table4 Experimentalresultsofdisplacement
试件
编号 KM1 KM2
uc/mm
实测值
相对值
0.76
1.000
0.95
1.250
uy/mm
实测值
相对值
1.73
1.000
3.88
2.243
ucy/mm
实测值
相对值
2.33
1.000
10.22
4.386
图 1 模型配筋图 Fig.1 Reinforcementofthespecimens
钢管混凝土柱脚由 Q345B级钢板焊接而成 。钢管混凝土柱脚的基础为现浇钢筋混凝土结构 , 混凝土设 计强度等级为 C40, 混凝土实测强度及弹性模量见表 1。 基础水平分布钢筋为 12钢筋ຫໍສະໝຸດ Baidu, 基础竖向架立钢筋 为 6 钢筋 , 基础竖向抗拔钢筋为 8钢筋 ;基础暗梁纵筋为 25钢筋 , 箍筋为 8钢筋 。 模型的制作在北京 工业大学结构试验室完成 。钢板及钢筋材料性能实测值见表 2。
为了测试柱根部相对于基础的拔出位移 , 在基础上固定电子位移计 , 位移计支撑在由方钢管引出的平板 上 。仪表布置见图 3。
图 2 加载装置 Fig.2 Testsetup
图 3 仪表装置 Fig.3 Instrumentsetup
试验采用分级加载方式进行 , 每级荷载稳定时间为 5min, 弹性阶段采用荷载控制加载 , 当出现明显的非 线性趋势后改为位移控制加载 , 并缩短数据采集的时间 , 达极限荷载后仍根据实际情况继续持荷 , 至试件承 载力下降到 85%极限承载力之后继续加载 , 直至达到试件严重破坏为止 。
引言
大连国际会议中心建筑面积 14万 m2, 建成后将成为大连市标志性建筑之一 。 大连国际会议中心结构
收稿日期 :2009 -07 -27; 修订日期 :2009 -08 -24 基金项目 :北京市科技重大项目 (D08050603720000);国家自然科学基金项目 (50878007);北京市教委科技计划重点项目
表 2 钢板及钢筋材料力学性能
Table2 Propertiesofsteelsheetandreinforcement
规格
屈服强度 极限强度 延伸率 弹性模量
/mm 8 厚钢板
12钢筋
8钢筋
6钢筋
/MPa 365 438 383 310
/MPa 523 608 523 456
/%
/MPa
27.3
2.03 ×105
uu/mm
实测值
相对值
7.78
1.000
23.42
3.010
ud/mm
实测值
相对值
22.24
1.000
33.35
1.499
由表 4可见 : 与试件 KM1相比较 , KM2的基础开裂位移 、进入弹塑性阶段位移 、基础显著开裂位移 、极限荷载对应位 移 、弹塑性最大位移均显著提高 , 其延性明显增大 ;由于 KM2试件比 KM1试件柱脚埋深增大了 15.9%, 因此 初始抗拔阶段钢管柱的柱身与混凝土基础之间锚固作用相对持久 , 当二者间的锚固作用逐步退化后钢管柱 脚锚板的锚固作用才逐步加大 , 故 KM2试件的基础显著开裂位移比 KM1增大了 338.6%、极限荷载对应的 位移比 KM1增大了 201.0%, 这充分表明加大柱脚的埋深对提高组合试件的延性性能是十分有效的 。 2.3 刚度 表 5为试件钢管从基础中拔出时抗拔刚度的实测值 。表中 :Ko为初始抗拔刚度 ;Kc为与开裂荷载 Fc对 应的抗拔刚度 ;Ky为与进入弹塑性阶段荷载 Fy对应的抗拔刚度 ;Kcy为与基础显著开裂荷载 Fcy与对应的抗 拔刚度 ;Ku为与极限荷载 Fu对应的抗拔刚度 。
(KZ200910005008) 作者简介 :王 金 (1984 -), 男 , 硕士研究生 , 主要从事工程结构抗震研究 .E-mail:wangjin 1230@126.com
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世 界 地 震 工 程 第 26卷
的竖向承载和水平抗侧力体系主要由数个钢管混凝土叠合柱边框组合核心筒构成 , 保障核心筒钢管混凝土
1 试验概况
共设计 2个不同柱脚埋深的试件 , 试件均按 1 /5缩尺 。 试件编号分别为 KM1和 KM2。其中 , 试件 KM1 柱脚埋深为 504mm, 试件 KM2柱脚埋深为 584mm, 两者均沿基础高度方向配置 3层水平双向 12@100钢 筋网 。 为了便于加载及固定试件 , 两试件均在周边设置了暗梁 。 2试件的配筋情况见图 1。
边框柱与混凝土基础的可靠锚固性能是其抗震设计的关键技术之一 。 笔者提出了内藏钢桁架混凝土组合剪 力墙及核心筒并已获国家专利 , 且进行了相应的组合筒体抗震性能试验研究 [ 1] 。 该工程核心筒采用了内藏
钢桁架混凝土组合筒体专利技术 , 但该工程构造在已完成的试验筒体基础上有新的发展 , 其构造特点在于 : 边框采用钢管混凝土叠合柱边框 ;内藏钢桁架采用网状钢桁架 。目前具有该工程构造特点的钢管混凝土柱
与混凝土基础锚固性能的试验研究尚少 。
文中选择该工程中典型的钢管混凝土柱脚 -钢筋混凝土基础为原型 , 设计了 2个不同柱脚埋深的 1 /5缩 尺钢管混凝土柱脚 -钢筋混凝土基础组合试件 , 对其进行了锚固工作性能试验 , 重点研究了柱脚埋深对组合 试件的锚固承载力和延性性能的影响 。在试验模型设计中参考了笔者已完成的相关试验研究 [ 2 -4] , 以及其 它相关文献 [ 5 -8] 。
试件
编号 KM1
Fc/kN
相对值
实测值
950
1.000
Fy/kN
相对值
实测值
1 167
1.000
Fcy/kN
相对值
实测值
1 290
1.000
Fu/kN
相对值
实测值
1 430
1.000
KM2
1 180
1.242
1 297
1.111
1 400
1.085
1 532
1.071
由表 3可见 : 与试件 KM1相比较 , 试件 KM2各阶段荷载均有提高 , 其中 :开裂荷载提高了 24.2%;进入弹塑性时的荷 载提高了 11.1%;基础表面显著开裂时的荷载提高了 8.5%;抗拔极限荷载提高了 7.1%。 试验表明 , 加大 柱脚埋深 , 基础开裂荷载提高最为显著 , 对进入弹塑性荷载和极限荷载提高明显 。 这说明 , 利用加大柱脚的
王 金 1 , 曹万林 1, 2 , 王立长3 ,张建伟 1, 2
(1.北京工业大学 建筑工程学院 , 北京 100124;2.城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室 , 北京 100124;3.大连市建筑设计研究院有限公司 , 辽宁 大连 116021)
摘 要 :大连国际会议中心结构的竖向承载和水平 抗侧力体系主要由数个钢管混凝 土叠合柱边 框组 合核心筒构成 , 保障核心筒钢管混凝土边框柱与混 凝土基础的可靠锚固性能是其抗 震设计的关 键技 术之一 。 以该工程核心筒边框柱 -混凝土基础 为原型 , 设计 了 2个 不同柱脚 埋深的 1/5 缩尺的 钢管 混凝土 柱脚 -钢筋混凝土基础组合试件 , 并对其进行 了锚固工作 性能试验 。 试 验采用单 向重复荷载 , 重点研 究了柱脚埋深对组合试件的锚固承载力和延性性能的影响 。 试验结果 表明 :增大柱脚埋 深能 有效提高其锚固承载力和延性性能 ;2个试件原型的构造做法均可满足设计要求 , 其锚固是可靠的 。 关键词 :钢管混凝土柱脚 ;混凝土基础 ;锚固性能 ;试验研究 中图分类号 :TU392.1;P315.97 文献标志码 :A
第 26卷 , 第 1期
世 界 地 震 工 程
2010年 3月
WORLDEARTHQUAKEENGINEERING
文章编号 :1007 -6069(2010)01 -0069 -06
Vol.26, No.1 Mar.201 0
不同埋深的钢管混凝土柱脚 -基础锚固 试验研究