方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架抗震性能研究.pdf

分类号 TU398 密级UDC _硕士学位论文方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁 框架抗震性能研究学科专业 结构工程 方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架 抗震性能研究摘要随着我国高层建筑以及超高层建筑的快速发展，带转换层结构在这类 建筑中非常常见，其中跨高比在2.05.0之间的转换梁在工程中应用较多,属于短梁。而短梁框架在结构中处于关键位置，已有震害表明短梁框架是 结构抗震中的薄弱环节，易发生剪切脆性破坏，延性差，耗能低，因此设 计时要保证结构具有足够的承载力以及延性。钢管再生混凝土结构和型钢 再生混凝土结构具有良好的抗震性能，同时又利用了建筑垃圾，解决了节 能环保的问题。本课题组在前期研究的基础上提出将两者有机的结合在一 起，组成方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架这一新的结构形式,以期其能够获得良好的承载力和抗震性能。为研究该结构的抗震性能，本文设计了两个不同再生粗骨料取代率的 方钢管再生混凝土柱型钢再生混凝土短梁框架试件，同时为对其受力性能 进行对比，还设计了一个只含天然骨料的方钢管混凝土柱-型钢混凝土短梁 框架试件。通过对三个短梁框架试件进行低周反复荷载试验来研究再生混 凝土短梁框架的抗震性能。并且在试验基础上使用有限元分析软件 ABAQUS进行模拟分析，将模拟结果与试验结果对比以验证模型的可靠性。在验证模型可靠的前提下，改变控制参数，进行有限元模拟拓展分析。经过低周反复荷载试验得到：方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短 梁框架具有较好的抗震性能，与只含天然骨料的短梁框架相比，含有再生 骨料的短梁框架的延性略低，并且随着取代率的增大有降低的趋势；再生 骨料取代率对短梁框架的承载力影响不大。经过有限元分析得到：ABAQUS有限元分析得到的分析结果与实验结果基本吻合，该有限元模型 I具有可靠性；取代率的增大会降低试件的延性，对试件的承载力影响不大；轴压比越大试件承载力和延性均有下降；再生混凝土强度越高，试件的承 载力会增大，但延性会下降；梁柱线刚度比增大，试件承载力提高，延性 降低。关键词：钢管混凝土结构 再生混凝土 短梁 框架结构 抗震性能有限 元模拟基金项目：国家自然科学基金资助项目(51468003)高等学校博士学科 点专项科研基金联合资助项目(20134501110001)STUDY ON SEISMIC BEHAVIOR OF COMPOSITE FRAMEWITH RACFSST COLUMN AND SRRAC SHORT BEAMABSTRACTBuildings with tr ansition stor y ar e f air ly c ommon in the envir onment of China that high-r ise buildings and super high-r ise buildings develop r apidly.The tr ansf er beams ar e widely used in engineer ing whic hs span-depth r atio of span and sec tion height is between 2.05.0,belonged to shor t beam.The shor t beam f r ame is in the key position in the str uc tur e.The ear thquake damage has indic ated that the shor t beam f r ame is weak in the ear thquake r esistanc e.And its going to have br ittle f ailur e,poor duc tility and low ener gy c onsumption in the ear thquake.Ther ef or e,it is nec essar y to ensur e that the str uc tur e has suf f ic ient bear ing c apac ity and duc tility in the design pr oc ess.Combinate the advantages of Rec yc led aggr egate c onc r ete f illed steel tube(RACF ST)str uc tur e and steel r einf or c ed r ec yc led aggr egate c onc r ete(SRRAC)to make up RAC f illed squar e steel tube c olumn and SRRAC shor t beam f r ames ar e envir onmental and to have good seismic per f or manc e,but also solving the c onstr uc tion waste.This ar tic le designs two f r ames of RAC f illed squar e steel tube c olumn and SRRAC shor t beam to study the seismic per f or manc e of this str uc tur e with the dif f er ent RAC r eplac ement r ates.to c ompar e its mec hanic al per f or manc e.This ar tic le also designs a f r ame of c onc r ete f illed squar e steel tube c olumn and steel r einf or c ed c onc r ete shor t beam.We study these thr ee spediments seismic behavior under the c yc lic r ever sed loading.Based on ex per imental r esult to make simulation analysis with the f inite element analysis sof twar e ABAQUS and c ompar e the simulation r esults with the test to ver if y simulation r eliability.On c ondition that the simulation r eliability is ver tif ied,ex tending the f inite element simulation in dif f er ent par ameter s.The main c onc lusions ar e:the f r ame of RAC f illed squar e steel tube c olumn and HISRRAC shor t beam f r ame has good seismic behavior.The duc tility of RAC shor t beam f r ame is slightly wor se than or dinar y c onc r ete shor t beam f r ame c ompar ed to or dinar y c onc r ete spec imen,and RAC spec imen appear s a slightly tr end of dec line with the gr owth of r eplac ement r ates.But it has little inf luenc e on the bear ing c apac ity.Ther e is a good agr eement with the r esults analyzed by ABAQUS and test,pr oving that the simulation model is r eliable.The r esults of the ex tended analysis ar e as f ollows:with the inc r ease of r ec yc led c oar se aggr egate r eplac ement r ate,the duc tility of spec imens dec r ease,but has little inf luenc e on the bear ing c apac ity.The bear ing c apac ity and duc tility of spec imens dec r ease as the inc r ement of the ax ial c ompr ession r atio.With the inc r ease of str ength of r ec yc led c onc r ete,the bear ing c apac ity inc r ease but the duc tility dec r ease;.As the inc r ease of r ate stif&iess of beam to c olumn,the bear ing c apac ity of spec imens impr oved,but duc tility of spec imens dec r eased.KEYWORDS:c onc r ete f illed steel tube str uc tur e；RAC；shor t beam；f r ame；seismic per f or manc e；f inite element analysisFOUNDATION ITEMS:National Sc ienc e F oundation pr ojec t(51468003)；Spec ialized Resear c h F und f br the Doc tor al Pr ogr am of Higher Educ ation of China(2013450111001)IV目录摘要.IABSTRACT.Ill第一章绪论.11.1 研究背景.11.2 钢管再生混凝土的研究现状.21.3型钢再生混凝土的研究现状.31.4短梁研究现状.41.5带转换层结构研究现状.61.6 本文研究内容和创新点.81.6.1本文研究内容.81.6.2创新点.81.7 本章小结.9第二章 方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架抗震性能试验研究.102.1 试验概况.102.1.1 试件设计.102.1.2 试件的制作.102.1.3 材料的性能.132.1.4测点的布置.142.1.5 试验的加载装置与加载制度.162.2加载试验过程描述.172.3本章小结.22第三章方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架抗震试验结果分析.243.1水平荷载一柱顶位移滞回曲线.243.2骨架曲线.263.3承载力及位移.273.4延性及层间位移角.283.5耗能能力.293.6刚度退化.31V3.7强度衰减.323.8累积损伤.333.9梁截面荷载一应变曲线.363.10本章小结.37第四章方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架抗震性能有限元分析.384.1概述.384.2有限元模型.384.2.1单元的选取.384.2.2材料的本构关系.384.2.3相互作用和约束的定义.414.2.4施加边界条件和荷载.414.2.5划分网格.424.3有限元模拟结果.434.3.1破坏形态.434.3.2滞回曲线.444.3.3骨架曲线.454.3.4峰值荷载.464.4本章小结.46第五章方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架抗震性能有限元拓展分析.485.1 再生骨料取代率.485.1.1 应力云图.485.1.2 骨架曲线.495.1.3 承载力及位移分析.505.1.4 延性.505.1.5刚度退化.515.2轴压比.515.2.1应力云图.525.2.2骨架曲线.525.2.3承载力及位移分析.535.2.4 延性.54VI5.2.5刚度退化.545.3混凝土强度等级.555.3.1应力云图.555.3.2骨架曲线.555.3.3承载力及位移分析.565.3.4 延性.575.3.5刚度退化.575.4梁柱线刚度比.585.4.1应力云图.585.4.2骨架曲线.585.4.3承载力及位移分析.595.4.4 延性.605.4.5刚度退化.605.5本章小结.61第六章结论和展望.626.1 结论.626.2展望.63参考文献.64致谢.69攻读硕士学位期间发表的学术论文.70VII广西大学硕士学位论文方钢 管 再生混凝土柱一裂钢 再生混凝土短梁框架抗震性能（研究第一章绪论1.1 研究背景近年来我国经济建设快速发展，城市化建设以及旧城区的改造也取得很大成就，但 同时也产生大量的废弃混凝土等建筑垃圾，这些建筑垃圾会对环境造成一定危害；同时 大量的建造使得砂石的需求量也增多，而天然骨料又是不可再生的，因此会造成天然骨 料的紧缺。由此，提出将废弃的混凝土破碎后经过一系列工序处理，在制作混凝土时将 其作为骨料掺入使用得到再生混凝土，这在一定程度上既可以充分利用建筑垃圾又可以 解决天然骨料紧缺问题、节约资源，因此具有广阔应用前景。钢管混凝土是在钢管中填充混凝土形成的一种组合构件口】。钢管和混凝土之间具有 良好的共同工作性能，钢管混凝土构件在工作状态时，外部钢管对内部核心混凝土的围 围箍作用使得内部混凝土处于三轴应力状态，提高了混凝土的抗压强度和塑性性能，这 一特性刚好可以弥补再生混凝土因再生骨料的原始损伤而产生的缺陷；再者核心混凝土 对钢管壁的侧向支撑作用延缓了钢管发生局部屈曲，提高了其稳定性。目前钢管混凝土 结构得到了广泛应用，特别是在高层及超高层建筑、市政及桥梁工程、地下工程、深井 巷道等领域得到飞速发展【2句。我国经济发展迅猛以及城市化进程的推进使得城市中高层建筑以及超高层建筑数 量不断增多。其中带转换结构的在高层建筑中非常常见，尤其是对于上部常作为住宅等 小空间功能、而下部是需要大空间的商场等这种对底部有大空间要求的建筑，这种布置 需要建筑在结构发生变化的楼层设置转换层。在工程应用中转换层的主要结构形式有：梁式、板式、桁架式和空腹桁架式等，其中梁式转换层因其传力明确、施工简单等特 点而在实际过程中应用广泛。转换层上部荷载由转换梁承托，因为上部传来巨大荷载，因此转换梁截面尺寸一般也很大。跨高比在2.05.0之间的转换梁的在工程中应用较多，属于短梁的范畴。短梁与一般梁不同，易发生脆性破坏，而短梁框架在结构中处于关键 位置，承担来自上部的巨大荷载，已有震害表明短梁框架是结构抗震中的薄弱环节，易 发生剪切脆性破坏，延性差，耗能低，因此设计时要保证其具有足够的承载力以及延性。建筑高度越来越高，短梁承受上部荷载越来越大，使用普通钢筋混凝土结构会造成短梁 截面高度更大。而型钢混凝土梁与传统钢筋混凝土梁相比，具有更大的承载力和刚度，能够有效减小梁的截面高度因而降低转换层的高度，提高空间利用率，并且型钢混凝土 结构还具备良好的抗震性能。1广西大学硕士学位论文方钢管 再生混凝土柱一型钢 再生混凝土短梁框架抗震性能研究钢管混凝土结构和型钢混凝土结构已被验证具有良好的抗震性能，因此将两者有机 结合在一起形成方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架，以期其能够获得良好 的承载力和抗震性能。1.2 钢管再生混凝土的研究现状钢管混凝土结构是将混凝土灌入钢管内形成的一种组合结构，这种结构具有承载力 高、塑性和韧性好、抗震性能优越、施工方便等优点，一般常用于柱形构件，其截面形 式有方形、矩形和圆形。钢管混凝土结构的应用较早，最早应用于英国赛文铁路的桥墩(1897年)，同年在美国Lally将圆形钢管混凝土结构作为房屋的承重柱国。随后人 们开始对钢管混凝土结构进行大量研究和运用，逐渐应用于房屋、桥墩，进一步发展应 用于高层以及超高层建筑中。而我国对钢管混凝土结构首次应用是在1966年北京地铁 地铁车站工程中网，随后经大量深入研究，钢管混凝土结构被广泛应用高层以及超高层 中也例如台北101等。目前国内外对钢管混凝土结构的研究成熟，都编制了相应的技术 规程，例如 Eur oc de4(BSEN 1998-1,2004)、ACI318-05(2005)、我国的钢管混凝土结 构技术规范、钢管混凝土结构技术规程矩形钢管混凝土结构技术规程等0-川。再生骨料与天然骨料相比具有孔隙率大、密度较小，吸水性强和压碎指标高等特点。再生骨料与水、砂、水泥等混合，配制成再生混凝土，将再生混凝土浇筑到钢管内形成 钢管再生混凝土，与普通的钢管混凝土相比，它不仅继承了钢管混凝土的特点，还弥补 了再生混凝土的原始缺陷，同时再生混凝土的使用还能解决建筑垃圾对环境影响问题。国内外对钢管再生混凝土结构的静力性能和动力性能已经做出了大量的研究，研究结果 表明钢管再生混凝土仍然具有良好的承载能力和延性。早在90年代末国外学者Konn,KU,等就对钢管再生混凝土结构进行了轴压性能的研究，研究结果表明：钢管再生混 凝土构件与钢管普通混凝土构件的轴压性能类似，也具有良好的延性，但是在刚度以及 承载力方面，与钢管普通混凝土构件相比要有所降低。Malathy,R.【等(2009)研究 了不同含钢率、长细比下钢管再生混凝土柱的轴压性能。Mohanr aj,E.等网(2011)考 虑粗骨料取代率、长细比和径厚比为试验参数，对钢管再生混凝土柱(RACF ST)进行 了轴压性能试验。L.Han网等(2008)研究不同粗骨料取代率下钢管再生混凝土柱，在 长期轴压(轴压为0.3和0.6)下核心混凝土 18个月内的收缩和徐变，研究指出：再生 混凝土狗构件的收缩与蠕变应力均比普通混凝土构件的大，并对钢管再生混凝土柱核心 混凝土收缩徐变的变化模型给出了建议。CHoM。等(2012)以再生骨料取代率、再生磅 2广西大学硕士学位论文方钢 管 再生混凝土柱一型钢 再生混凝土短梁框架抗震性能研究强度和粗细骨料配合比为参数研究17个RACF ST,研究结构表明：再生骨料取代率较 大的试件承载力下降了约6%8%,再生细骨料占比对试件承载力没有太大影响，方钢 管再生混凝土构件可以用到实际过程中。国内对钢管再生混凝土柱的研究较晚，开始于2005年，杨有福等人121-23先对8根 钢管再生混凝土短柱和2根普通混凝土短柱进行力学性能初探，得出再生与普通混凝土 短柱轴压下荷载-应变曲线类似，短柱承载力随再生骨料取代率的增加有降低的趋势；又对15个RACF ST长柱和13个圆RACF ST柱进行抗震试验研究，得出RACF ET柱试 件与天然骨料试件具有相似的滞回性能，其有较好的延性的耗能能力。广西大学陈宗平、苏益声等3-28(2012,2013)对73个钢管再生混凝土柱(37个圆钢管再生混凝土和36 个方钢管混凝土柱)进行不同再生骨料取代率、套箍指标、长细比、偏心距、截面形式 等参数下轴压、偏压和推出试验，试验结果表明：钢管再生混凝土柱具有良好的承载能 力和变形能力；不同取代率对试件的承载力、粘结强度以及极限粘结强度影响较小，但 是套箍指标对构件的承载力和变形能力影响显著；长细比和偏心距越大，构件的承载力 和变形能力减小；长细比对方钢管再生混凝土柱承载力影响较小，但对圆钢管再生混凝 土柱影响较大。同济大学肖建庄等a1(2013)对6个钢管再生混凝土柱试件进行低周反 复试验，研究不同再生骨料取代率和混凝土强度对钢管再生混凝土柱性能的影响，结果 表明：钢管再生混凝土柱也具有良好的抗震性能，其耗能能力、延性和滞回特性随再生 骨料取代率和险强度的变化而略有变化。张向冈、陈宗平等MW(2014)圆钢管再生混 凝土柱和方钢管再生混凝土柱进行拟静力试验，试验结果表明：试件破坏过程及破坏形 状与普通钢管混凝土类似，试件滞回曲线比较饱满；取代率对其滞回曲线影响不大；试 件变形性能较好，具有良好的抗震性能。1.3 型钢再生混凝土的研究现状西安建筑科技大学从1984年开始进行了一系列组合结构的研究，其中包括对梁、柱、节点等构件到对框架整体结构的试验研究。根据大量的试验研究，1999年编写了劲 性钢筋混凝土结构设计建议及条文说明。从80年代末，众多高校及研究院如清华大学、西南交通大学、华南理工大学、中国建筑科学及冶金部建筑研究总院等，陆续展开了对 型钢混凝土构件的试验研究，探讨了各类构件的设计方法，为相关规程奠定了基础。我 国颁布的型钢混凝土规程有钢骨混凝土结构设计规程、型钢混凝土组合结构技术规 程阳3引等。3广西大学硕士学位论文方钢管再生混凝土柱-一型钢再生混凝土短梁框架抗震性能研究陈宗平，李园园M等对型钢再生混凝土梁进行受弯性能试验，试验结果表明：试验 结果表明：型钢再生混凝土梁与普通型钢混凝土梁破坏机理基本相同，破坏经历三个阶 段：弹性、弹塑性和破坏阶段；型钢再生混凝土梁具有良好的承载能力和变形性能，其 截面应力分布基本符合平截面假定；取代率和配箍率对其极限承载力影响不大，但配箍 率对构件裂缝发展影响较大。薛建阳、马辉雨等对型钢再生混凝土梁进行抗剪性能试验 并在试验基础上进行承载力可靠度分析，试验结果表明：型钢再生混凝土梁受剪性能与 普通型钢混凝土梁相似，其主要发生剪切斜压破坏和弯剪破坏；型钢外围的箍筋的约束 作用使构件不易发生剪切粘结破坏；再生骨料取代率对梁受剪承载力影响不大；其受剪 承载力随剪跨比增大而降低，随混凝土强度增大而增大；并对其抗剪承载力进行可靠度 分析，分析结果表明其可靠度指标能够满足现有规范对型钢再生混凝土梁抗剪承载力要 求。2013陈宗平36对不同取代率、黏结部位、保护层厚度、再生骨料母料强度以及再 生骨料粒径下型钢再生混凝土试件进行推出试验，研究型钢与再生混凝土之间的粘结滑 移性能，结果表明：型钢不同黏结部位与混凝土的黏结应力不同，翼缘内侧黏结应力最 高，翼缘外侧次之，腹板黏结应力最小；型钢保护层厚度不宜小于50mm,当大于50mm 后，保护层厚度增加对粘结强度提高不大；黏结应力沿型钢埋置长度方向呈指数分布；再生骨料的母料混凝土使用时间越长，用其生产的骨料配置的同条件的混凝土强度越低;再生混凝土骨料粒径越小，再生混凝土与型钢的极限黏结强度越小。2016年陈宗平3刀 等对试件进行高温后静力加载试验，分析不同温度、取代率和剪跨比对试件力学性能的 影响，试验结果表明：随着温度的升高，试件极限承载力和刚度降低，延性变差；取代 率对试件承载力和刚度影响不大，但对延性有一定影响；剪跨比增大，试件承载力和刚 度降低，延性更好。1.4 短梁研究现状对于短梁界限的划分，国内外分别有各自的规定，划分依据主要是剪跨比和跨高 比。加拿大标准协会混凝土结构设计规范CAN3-A23.3-M84将剪跨比小于等于2.0的 两定义为深梁；国立中央大学土木工程研究所把剪跨比小于1的两为深梁，剪跨比在 1-2.5之间的为短梁，大于2.5为浅梁；美国ACI318-95【38】将跨高比小于5的梁统称为深 梁；我国混凝土结构设计规范将跨高比小于2钢筋混凝土单跨梁和跨高比小于2.5的连 续梁称为深梁，跨高比大于5的为浅梁，跨高比小于5的钢筋混凝土单跨梁或多跨连续 梁统称为深受弯构件。跨高比在2(2.5)5之间的梁属于深受弯构件范围，但它既不是 4广西大学硕士学位论文方钢 管 再生混凝土柱一型钢 再生混凝土短梁框架抗震性能研究深梁，也不是浅梁，我们称为短梁。目前工程应用范围中，转换梁的跨高比主要集中在 2.05.0之间，这个跨高比范围内的转换梁属于短梁，是深梁与浅梁的过渡。短梁和深梁 归均为深受弯构件。对短梁的研究主要集中在钢筋混凝土短梁上，对型钢混凝土短梁的 研究较少。对钢筋混凝土短梁的研究,K.N.Smith网等对52根跨高比为2.33-3.33的集中荷载 作用下的简支短梁试验，认为竖向腹筋可改善短梁抗剪性能但水平腹筋不可以。1998 年，Mohammad Abdur Rashid等他对短梁和深梁的承载力变化规律进行了试验研究。Yang K.HR1等对弱配筋、跨高比为1.6-3.5的高强混凝土梁，研究弱配筋和尺寸效应的 影响，结果表明高强混凝土受尺寸效应影响更大。朱志达阳等(1997)利用71根反复 荷载作用下的短梁试验研究成果，论述了短梁剪压比(或跨高比)、梁端上部配筋率、附加交叉腹筋率、水平分布筋等参数对短梁的抗震性能影响，并由此提出延性钢筋混凝 土短梁的抗震设计原理与方法。郑州工学院丁自强、刘立新425等自1985年起对79根 短梁进行试验，研究短梁的抗裂度、抗剪性能、受剪承载力等，分析研究了剪跨比、跨 高比、荷载形式、无腹筋无腹筋等因素对短梁受剪性能、抗剪承载力等的影响，并提出 了短梁受剪承载力计算的统一计算方法，并第一次被“水工混凝土结构设计规范”所采 纳，后被列入“港口工程混凝土结构设计规范”和国家标准”混凝土结构设计规范”。熊进刚，伍卫秀，程文浪画(2003)分析了混凝土简支短梁和连续短梁的实测荷 载-挠度曲线的特征，通过探讨剪切效应和斜向开裂对钢筋混凝土短梁刚度和变形的影 响，提出考虑考虑剪切效应和斜裂缝影响的钢筋混凝土变形计算式。宫海燕网(2006)根据试验研究和对简支短梁和连续短梁受剪承载力计算模型异同的分析，结合软化组合 桁架模型推导了钢筋混凝土简支短梁和连续短梁斜截面受剪承载力的计算公式，并结合 工程实践等提出转换层短梁的设计建议和构造要求。徐冬梅陋(2011)结合新的混凝土 结构设计规范，依据实验结果分析了无腹筋筋钢筋混凝土短梁的正截面弯曲性能以及斜 截面受剪性能，验证了无腹筋短梁受剪时的拉-压杆桁架模型。浅析了斜裂缝出现后对 斜截面承载力的影响。戴雅萍、吴京等四(2006)结合苏州中银惠龙预应力转换短梁的设计和实测分析，对转换梁混凝土正应力、主应力、剪应力和应变情况进行分析，并与ANSYS理论结果 比较，结果一定程度上较吻合。赵进固(2006)分析和探讨了预应力混凝土转换梁的设 计和施工过程，认为考虑综合效益，应在规范限值内允许预应力转换梁下部出现裂缝；预应力混凝土转换梁因截面尺寸较大导致的大体积混凝土浇筑问题应在施工过程中予 5广西大学硕士学位论文方钢管再生混凝土柱一型钢再生混凝土短梁框架抗震性能研究以重视。邵繁盛54】(2009)对15根钢板钢箍混凝土短梁在集中荷载作用下受剪性能试验，研究跨高比、剪跨比和钢板厚度对短梁的斜截面受剪承载力的影响，试验结果表明：集 中荷载作用下，跨高比对钢板钢箍混凝土短梁的受剪承载力影响较小，进行受剪承载力 计算时可不考虑；剪跨比和钢板厚度对钢板钢箍混凝土短梁的受剪承载力影响较大，受 剪承载力随剪跨比增加而减小，随钢板厚度的增加而增加。彭有开等阳(2014)对不同 跨高比、配筋的6根再生混凝土短梁与2根普通混凝土短梁进行低周反复荷载试验，结 果表明：跨高比为4的再生混凝土短梁有良好的延性；跨高比为3时，配筋率小的再生 混凝土试件延性系数仍较好，但配筋率大、承载力高的试件延性较差；再生混凝土短梁 的正截面受弯承载力与普通混凝土短梁相近，经过合理设计可以具有与普通混凝土短梁 相同的刚度退化及耗能性能。邓明科，卢化松，杨开屏等a1(2015)将高延性纤维混凝 土用于型钢高强混凝土短梁中，研究不同剪跨比高延性混凝土梁的破坏形态、受剪承载 力和变形能力并建立型钢高延性混凝短梁受剪承载力计算公式。试验结果表明：HDC 可显著提高短梁的抗剪性能、变形能力、延性，实现延性剪切破坏。1-5带转换层结构研究现状多功能高层建筑设计时因结构复杂常形成短梁，尤其是高层建筑上下部结构发生变 化时，此时需要设置转换层，高层建筑转换层常用的有梁式转换层结构，转换层结构中 转换梁极易形成短梁，上部荷载由转换梁(短梁)承托，受力很大。目前工程应用范围 中，转换梁的跨高比主要集中在2.05.0之间，属于短梁。短梁框架在结构中处于关键 位置，承担来自上部的巨大荷载，已有震害表明短梁框架是结构抗震中的薄弱环节，易 发生剪切脆性破坏，延性差，耗能低，因此设计时要保证结构具有足够的承载力以及延 性。带转换层的结构体系经过研究和应用表明带转换层的房屋抗震能力较差，在地震中 容易破坏而使整座建筑物倒塌，即对于设有转换层的高层建筑，结构在转换层处容易形 成薄弱层，但此处处于关键位置同时也承受上部巨大荷载，因此对转换层结构的研究是 有必要的。王森，魏琏，韦承基(2001)通过三根转换梁的试验研究，分析了转换梁 结构的截面选择、配筋设计以及钢筋端部锚固构造要求，分析结果表明：无墙体部位转 换梁的抗剪决定着整个转换结构的承载能力；而满跨转换梁与上部墙体有共同作用，转 换梁抗弯抗剪承载力以及墙板的抗剪承载力均有相当的安全度，最终破坏发生在墙体底 6广西大学硕士学位论文方钢管再生混凝土柱一型钢 再生混泉土短梁框架抗震性能研究部局部压坏。陈进，江世永，周凌等【58】(2013)对3根混合配筋梁式转换结构和1根钢 筋混凝土梁式转换结构进行拟静力试验，研究混合配筋梁式转换结构在竖向和水平荷载 作用下的受弯性能、屈服机制、破坏机制以及承载能力、滞回特征、刚度退化、延性和 抗震性能，试验结果表明：混合配筋梁式转换结构的承载能力优于全钢筋混凝土梁式转 换结构；结构延性系数均大于3,刚度退化曲线没有明显速降，骨架曲线下降平缓，滞 回曲线较为饱满，该结构具有良好的延性和抗震性能；同时也满足“强柱、弱梁、强节 点”的设计要求。在工程实际中，转换层结构承受上部巨大的竖向荷载，使得构件内力大，另一方面，其跨度大，挠度也大，因此为保证转换结构具有足够的强度和刚度，因此要求转换结构 构件的截面尺寸也大。而普通钢筋混凝土构件逐渐无法满足受力性能要求，因此人们提 出并应用预应力转换层或钢骨混凝土和型钢混凝土转换层。新杭州客站及综合楼工程在 施工建设时即采用了预应力转换框架，大跨度大梁中采用了水平预应力设计，工程实施 全过程对其进行了包括位移、预应力值等的全程测试，测试的结构各变形均与理论计算 吻合。傅传国，梁书亭，马辉网(2000)结合一实际工程，进行了两根框架梁式转换层 结构(一为钢骨混凝土结构一为普通混凝土结构)1/5缩尺模型在水平低周反复荷载下 的抗震性能试验，试验结果表明，采用钢骨混凝土的梁式转换层结构受力和抗震性能明 显优于普通钢筋混凝土梁式结构，显著改善了大空间层一般为薄弱层的不利状况。聂建 国，朱喻之，樊健生网(2009)研究一幅组合转换框架缩尺模型进在竖向荷载和低周反 复水平荷载作用下受力性能，结果表明该组合框架梁高降低了但是仍然能够具有足够的 承载力以及刚度，并且具有良好的抗震性能。李玉荣何(2005)对型钢混凝土转换框架 进行了试验研究和理论分析，研究表明，型钢混凝土转换梁刚度较大但底部裂缝问题无法 避免；型钢混凝土转换框架抗具有良好的震性，但转换节点处钢骨的存在影响了节点核 心区混凝土的整体性，在转换节点附近容易产生混凝土剪切裂缝；当结构发生较大变形 时，混凝土易退出工作而造成节点刚度的降低。吴轶62,63等综合利用钢混凝土组合与耗能减震技术，提出带耗能腋撑的型钢混凝土 转换结构，研究结果表明该新型转换结构能够有效的缓减梁式转换结构沿竖向刚度发生 的突变，同时设置耗能腋撑可降低其在不同极限状态的超越概率，显著地提高转换结构 的抗震可靠性。戴国亮，蒋永生，傅传国等国(2003)对比型钢混凝土底部大开间梁式 托柱转换层结构与普通钢筋混凝土相应结构模型在竖向荷载和低周反复水平荷载下受 力性能：采用SRC模型的型钢混凝土在竖向以及水平低周反复荷载下受力性能、滞回 7广西大学硕士学位论文方钢管再生混凝土柱一型钢再生混凝土短梁福架抗震性能研究性能、延性等抗震性能明显优于普通钢筋碎的RC模型，其抗剪性能得到明显改善，转 换梁截面相比混凝土结构有所减小；对部分构件采用型钢混凝土的预应力型钢叠层空腹 桁架转换结构与普通钢筋混凝土相应结构模型的竖向荷载和拟动力对比试验：施加预应 力对提高结构刚度、改善抗裂性能，结构整体工作性能好。对底部大开间及转换层结构 体系的部分设计建议，取得了卓有成效的成果。研究成果成功地应用于辽源得亨股份有 限公司氨纶工程、徐州国际商厦工程以及山东世界贸易中心配套工程三个实际工程,，取 得了显著的社会和经济效益。普通混凝土转换因层数增加、建筑功能要求等在一定程度上将逐渐不能满足需求，而型钢混凝土构件比普通钢筋混凝土构件相比其承载力、抗震性能等方面更好。众多学 者对型钢混凝土转换梁进行了试验研究，研究结果表明：型钢混凝土比钢筋混凝土有更 好的抗震性能并且具有更高的承载力，并且能够有效减小截面尺寸，因此将型钢混凝土 应用于高层建筑转换层结构是可行的、合理的。国内采用型钢混凝土转换梁的实际工程 逐渐增加，例如：深圳福田保税区管理中心，跨度7.5m,梁高1.5m,跨高0为5；深 圳北国大酒店跨度32.2m,梁高8.2m,跨高比为3.93等。但大部分转换层还是以普通 混凝土的为主，型钢混凝土的应用较少。1.6本文研究内容和创新点1.6.1本文研究内容本文对3梯短梁框架（2根方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架和1根方 钢管混凝土柱-型钢混凝土短梁框架）进行低周反复荷载试验，研究该结构在低周往复 荷载作用下承载力、延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能。在试验结果的基础之上进 行数值模拟，通过数值模拟进一步考虑再生骨料取代率、轴压比、混凝土强度等级和梁 柱线刚度比对短梁框架抗震性能的影响。1.6.2创新点本文研究对象是方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架，其主要创新点如 下：短梁框架在建筑结构中位于重要部位，地震作用下一旦破坏会造成严重后果，在工 程中短梁框架大部分使用的是普通钢筋混凝土结构，而本文中利用钢管混凝土结构和型 钢混凝土结构承载力高、抗震性能好等优点将二者结合形成方钢管混凝土柱-型钢混凝 土短梁框架，同时再考虑废弃混凝土的重复利用，最后组合成方钢管再生混凝土柱-型 8广西大学硕士学位论文方钢管 再生混凝土柱一型钢 再生混凝土短梁框架抗震性能研究钢再生混凝土短梁框架，并对其进行抗震性能的研究。1.7本章小结本章阐述了课题来源、钢管再生混凝土结构、型钢再生混凝土结构、短梁以及带转 换层结构的研究现状，并且提出了本文拟研究内容以及创新点。通过本章可以得知对于 方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架的研究是十分有意义的。9广西大学硕士学位论文方钢管再生溟凝土柱一型钢再生混凝土短梁框架抗震性能研究第二章方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架抗震性能 试验研究2.1 试验概况2.1.1 试件设计本文为研究方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝土短梁框架的抗震性能，以实际工 程为背景，在考虑到实验室的场地条件以及加载能力后，按1：4的缩尺模型，共设计 了三个试件，再生骨料取代率分别为50%和100%的方钢管再生混凝土柱-型钢再生混凝 土短梁框架试件RCF-2和RCF-3以及只含天然骨料的方钢管混凝土柱-型钢混凝土短梁 框架RCF-1,其中RCF-1作为普通混凝土短梁框架与再生混凝土短梁框架对比，而RCF-2 和RCF-3则对比不同再生骨料取代率下短梁框架受力过程和破坏形态。试件的梁柱连接 采用型钢腹板和纵筋穿柱的方式，节点连接详图如图2-l(a)所示。本试验中钢材选用 Q235B级钢，方钢管的截面尺寸为150mmx l50mm,钢管壁厚为6mm；横梁型钢采用 焊接工字钢，尺寸为65mmx 250mmx 6mm,短梁上下纵筋分别采用直径为14和16的 HRB400级钢筋，箍筋采用直径为6m