鋼管混凝土柱新型柱腳節(jié)點的試驗研

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1、鋼管混凝土柱新型柱腳節(jié)點的試驗研究*摘要：對新型鋼管混凝土柱腳節(jié)點進行了靜力加載和低周反復(fù)加載試驗研究。給出了靜力荷載下的荷載-變形曲線、低周反復(fù)荷載下的荷載-變形滯回曲線以及關(guān)鍵部位的應(yīng)變數(shù)據(jù)。試驗證明：此型柱腳節(jié)點工作性能可靠，具有良好的耗能能力。關(guān)鍵詞：鋼管混凝土、節(jié)點、抗震隨著建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越廣泛。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的承載力和延性，因而具有良好的工作性能。影響鋼管混凝土應(yīng)用的主要因素是其節(jié)點構(gòu)造一般比較復(fù)雜。鋼管混凝土梁柱節(jié)點已經(jīng)有很多研究，但柱腳節(jié)點的研究卻不多見。本文介紹的節(jié)點，是梁啟智

2、教授在其梁柱節(jié)點的基礎(chǔ)上設(shè)計而成。此節(jié)點應(yīng)用錨拴連接鋼管混凝土柱與基礎(chǔ)，克服了插入式節(jié)點影響基礎(chǔ)鋼筋布置的缺點。節(jié)點形式構(gòu)造簡單，傳力明確。1.試驗概要圖1試件大樣圖本次試驗共兩枚試件，一枚用于靜力試驗，一枚用于低周反復(fù)荷載試驗。試驗?zāi)康模?.考察柱腳錨栓群應(yīng)力水平；2.考察位置不同柱腳錨栓應(yīng)力變化規(guī)律；3.考察節(jié)點是否可以看作剛性節(jié)點；4.畫出柱腳節(jié)點在低周反復(fù)荷載作用下的荷載-變形滯回曲線，考察節(jié)點在地震力作用下的吸能能力。試件鋼管Φ325×7，材料為Q235-BF。鋼管柱內(nèi)混凝土按C40配制，試件進行混凝土澆注時同時制作邊長150mm立方

3、體試塊，在與試件同等條件下養(yǎng)護，試驗開始時測定試塊強度。試塊立方體強度48.8kN/mm2。柱腳底板、托板、肋板和錨栓采用彈性理論設(shè)計。材料Q235-BF，底板、托板20mm厚，肋板10mm厚，尺寸見圖1。1.試件2.固定裝置3.百分表4.測力傳感器5.橫向千斤頂6.滑動裝置7.豎向千斤頂8.加荷架橫梁9.反力三角架10.反力墻圖2試驗裝置圖（虛線部分只用于反復(fù)荷載）試驗裝置見圖2。試件與反力三角架均固定在兩條地槽之間，試件以兩條橫梁固定。豎向荷載以安裝在橫梁上的1000kN千斤頂施加。單向加載試驗橫向千斤頂與測力傳感器設(shè)置在反力墻上，低周反復(fù)

4、加載橫向千斤頂與傳感器分別設(shè)置在反力墻和反力三角架。橫向千斤頂?shù)募虞d能力均為1000kN以反力墻上千斤頂施加的荷載為正向。圖3橫向荷載-變形曲線2.試驗現(xiàn)象及結(jié)果分析2.1單向加載軸力300kN，橫向力以25kN的步長分級施加，荷載-變形曲線見圖3。橫向荷載施加到300kN時，柱腳底板與基座之間出現(xiàn)裂縫，寬度約0.3mm，隨荷載增大，裂縫逐漸變寬，同時柱本身產(chǎn)生彎曲。最大橫向荷載400kN。底板與基座之間裂縫最大寬度3.3mm，裂縫由X軸正向延伸過Y軸15mm，到X軸-100mm（即第二排錨栓）處（見圖4）。極限荷載時鋼管混凝土柱下端脹鼓，試件

5、破壞為鋼管混凝土柱壓彎破壞。試件頂端最大橫向位移40.04mm。試驗中，沒有測得位移-變形曲線的下降段。鋼管柱達到極限荷載時，試件X軸正向第二（108mm處）和第三排（212.5mm處，見圖4）錨栓達到屈服。圖4錨栓群應(yīng)變變化圖圖5托板環(huán)向應(yīng)變變化圖從錨栓應(yīng)變圖4中可以看出：錨栓群的中性軸在試件X軸-100mm（即第二排錨栓）附近，底板受壓區(qū)扇形截面高度在橫向荷載比較小時（<150kN），大約和半徑一致。隨著橫向荷載的增加，中性軸向外移動，但移動范圍不大。橫向荷載比較小時，錨栓群應(yīng)變基本符合平截面假設(shè)，隨著荷載的增加，螺栓群變形逐漸偏離平截面假

6、設(shè)。這是由于肋板、托板以及底板變形影響的結(jié)果。圖5顯示：達到極限荷載時，托板最大受力處沒有達到屈服。達到極限荷載時，受壓區(qū)肋板的應(yīng)變遠大于受拉區(qū)肋板（見圖6）。由于受壓區(qū)肋板設(shè)計強度偏小，以至于底板環(huán)向應(yīng)變比較大（見圖7）。圖7底板受壓區(qū)邊緣應(yīng)變變化圖圖6肋板應(yīng)變變化圖圖8橫向荷載-變形滯回曲線圖2.2反復(fù)加載軸力600kN，橫向荷載以荷載-變形控制。當(dāng)橫向荷載至300kN時，底板與基座之間出現(xiàn)裂縫，并且達到試件中軸，試件最大橫向荷載394kN，試驗達到極限荷載時裂縫寬度0.7mm。試件破壞為鋼管混凝土柱壓彎破壞。試件底部兩側(cè)均有脹鼓現(xiàn)象。荷載

7、-變形滯回曲線有輕微的“捏縮”現(xiàn)象（見圖8），這是因為當(dāng)橫向荷載達到一定水平時，邊緣錨栓達到屈服，而使節(jié)點的橫向剛度退化以及試件和固定裝置之間的輕微滑移引起。3.結(jié)束語本節(jié)點設(shè)計時作為固定節(jié)點考慮，從試驗結(jié)果可以看出：試件破壞形式為鋼管混凝土柱壓彎破壞，節(jié)點部分的應(yīng)變水平遠小于柱本身?？梢姽?jié)點剛度大于鋼管混凝土柱，節(jié)點可以看作固定節(jié)點。錨栓群的變形在塑性階段偏離平截面假設(shè)，在實際節(jié)點設(shè)計時應(yīng)予以考慮。總的來說：節(jié)點設(shè)計是安全可靠的，具有良好的耗能能力。參考文獻：[1]王國周，瞿履謙。《鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計》。清華大學(xué)出版社，1993，11[2]駱偉

8、。《高層建筑鋼管混凝土柱新型節(jié)點的試驗研究及有限元分析》。華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，1999，3[3]邱元?！陡邔咏ㄖ摴芑炷列滦土褐?jié)點的試驗研究