钢_混凝土组合梁与钢筋混凝土柱连接节点的试验研究

第40卷第6期建 筑 结 构2010年6月

钢 混凝土组合梁与钢筋混凝土柱连接节点的试验研究

许 巍

1,2

, 梁书亭2, 陈 林3, 张根俞

2

(1东南大学建筑设计研究院,南京210096;2东南大学混凝土与预应力混凝土结构

教育部重点实验室,南京210096;3北京市建筑设计研究院,北京100045)

[摘要] 依托实际工程,通过两个钢 混凝土组合梁与钢筋混凝土柱连接节点的缩尺模型试验,提出了以对拉钢筋代替钢梁翼缘穿过节点核心区的梁柱节点做法。试验证明,此类节点构造合理,传力可靠,施工方便,具有良好的承载能力和抗震性能。在试验研究基础上,提出了节点的抗剪承载力及构造措施,为该类节点的设计与施工提供参考。[关键词] 钢 混凝土组合梁;钢筋混凝土柱;节点

Experimental research on joint between steel concrete composite beam and reinforced concrete column

Xu Wei 1,2,Liang Shuting 2,C hen Lin 3,Zhang Genyu

2

(1Archi tectural Design &Research Insti tute,Southeast Universi ty,Nanjing 210096,China;2Key Lab of RC &PC Structure of M inistry of Education,Southeast Universi ty,Nanjing 210096,China;

3Beijing Institute of Architectural Design and Research,Beijing 100045,China)

Abstract :Based on a real case,design concept and constructional details of the joints between steel concrete composi te beam and reinforced concrete column were introduced through the experi ment of two models,in which steel beam flanges were substitu ted wi th reinforcement in the case design of a conference building.The test resul ts indicate that the joint is comparatively safe and rational.Shear capacity and cons truction methods are also advanced which provide reference for the project desi gn and construction.Keywords :steel concrete composi te beam;rei nforced concrete column;joint

作者简介:许巍,博士,Email:xuwei 97@s 。

0 工程背景

江苏省商检局办公大楼主体结构为25层(含地下

1层),另有裙房3层。裙房第3层为会议大厅,屋面大梁跨度约16m,其上为屋顶花园,设计覆土约1m 。经综合比较后采用钢 混凝土组合梁方案[1]。结构设计中,采用了用对拉钢筋代替钢梁翼缘穿过节点核心区的钢 混凝土组合梁与钢筋混凝土柱节点,并对该类节点形

式进行了试验研究。图1 组合梁剖面

1

节点设计

裙房屋面的钢 混凝土组合梁采用Q345钢材,混凝土强度等级为C30,连接件采用圆柱头焊钉。组合梁剖面如图1所示。钢梁和节点在厂家加工完成后,两者在现场焊接拼装。组合梁与柱子连接节点的立面形式如图2所示。

图3中,节点1为裙房组合梁与主楼边柱的连接节点(主楼楼面和裙房屋面有1 2m 高差),钢梁部分在伸过节点区时,用对拉钢筋代替上下翼缘,腹板保持连续。在梁柱接头位置,对拉

钢筋焊接在两块端承面板

图2 试件立面与加载示意图

上。节点2为裙房组合梁与裙房圆形端柱连接的节点,构造与节点1类似。

组合梁腹板的连续和钢板翼缘用对拉钢筋的替换,既保证了组合梁的连续性,也减少了节点区构造钢筋的数量,便于柱的纵向受力钢筋穿过节点区和柱混凝土的浇筑。正交方向的框架梁受力钢筋可直接焊接在腹板上;或者在腹板开洞,将受力钢筋从洞口穿过。2

试验分析

2 1试验设计

为验证该类节点的安全性,进行了1 3缩尺模型

图3 组合梁的节点照片和结构详图

的伪静力试验。其中,试件J1和J2分别仿照节点1和节点2来设计制作。具体截面设计参数见表1。试验采用荷载 位移控制的分级加载制度,每级反对称加载并循环往复三次。按照工程实际情况,取柱轴压比 =0 25,在试件J1和J2的柱顶分别施加850和600kN 的轴压力,加载示意见图2。在试件开裂前后及极限荷载附近,荷载级差减小。在梁端屈服之前用荷载控制,之后用屈服荷载所对应的梁端位移 控制,施加2 ,3 ,,每级仍循环三次,直至试件丧失承载力。

试件的截面设计参数表1

试件

翼缘

B f!t f

腹板

h w!t w

柱截面

b c!h c

纵筋

箍筋

水平

箍筋

节点区梁腹板

t w!b w!h w

端板截面

b!h!t

板面钢筋

板底钢筋

J1160!10180!10405!4051216

10@80

10@8010!380!575

650!40!10

550!40!10

12@70(双向)

8@200(横向)

J2160!10180!10D=330816

10@80

10@8010!310!310650!40!10

12@70(双向)

8@200(横向)

2 2滞回曲线及骨架曲线

试件的荷载和位移控制数值列于表2。图4为试件的整体破坏形态。试验的滞回曲线及骨架曲线如图5所示。由图可见,试件J1的滞回曲线呈梭形,而试件J2则有一定的捏缩,但正向加荷时承载能力和变形能力均无下降的趋势,可认为节点具有良好的抗震性能。从反复加载的滞回曲线看出:向下加载时,受压区主要为工字钢梁的下翼缘部分,只要下翼缘部分不发生屈曲,荷载不会明显下降,变形性能很好;向上加载时,板为主要受压区,受压混凝土被压碎剥落,承载能力和变形性能明显下降,表现出与普通钢筋混凝土梁柱节点相似的滞回特性。

试件的主要指标表2试件

P y kN P u kN y m m u mm

正向反向正向反向正向反向正向反向

破坏形态J1210220320

38015105837混

凝土柱完好,组合梁破坏J221018035028018185043混凝土柱和组合梁均出现塑性铰 注:正向为向上加载,反向为向下加载。

2 3耗能能力评价

为了定量评价试件的耗能能力,定义耗能系数

E

及各循环的平均耗能系数

E

为:

E=E i

∀P y y, E=

E n n

P y y

式中,E

i

为在某一循环耗散的能量,E

n

为总耗能能

量,n为总循环数,∀P

y

y

为外力功,

∀P y y=0 5P+y +y+0 5P-y -y

其中,P+

y

,P-y分别为试件正反的屈服荷载, +y, -y 分别为试件正反方向的屈服位移。

图4 试件的破坏形态图

图5 试件滞回曲线及骨架曲线

E

消除了屈服荷载和屈服位移的影响,其物理意

义是非线性耗能之比。E

n

反映了试件总的非线性耗

能能力。E

n

越大,试件在地震作用过程中的耗能就越多。经过计算[2],在循环荷载作用下,试件J1,J2的 E 分别为7 565,2 667。可见,组合梁发生破坏时,耗能能力比较高;如果组合梁破坏的同时,发生柱的破坏或