型钢混凝土翼缘剪力墙异型节点拟静力试验研究.pdf

第 3 1 卷第 2期 2 0 1 0年 4月 华北水利水 电学院学报 J o u r na l o f No r t h Chi n a I ns t i t u t e o f Wa t e r Co ns e r v a nc y a n d Hy d r o e l e c t r i c Po we r V0 1 31 No 2 Ap r 201 0 文章编号 ： 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 3 4 0 4 型钢混凝 土翼缘 剪力墙异型节点拟静力试验研 究 李 超 ，白国 良 ，朱佳 宁 ，李红星 ( 1 西安建 筑科技大学， 陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ； 2 西北 电力设计研 究院 ， 陕西 西安 7 1 0 0 7 5 ) 摘 要 ： 对 型钢混凝 土翼缘剪力墙异型节点进行 了抗震性能试 验研究 ， 总结 了型钢混凝 土翼 缘剪力墙异 型节 点破坏形态的特点 ， 分析 了节点强度 、 滞 回曲线 的特点 ， 讨论了影响翼缘剪力墙 型钢混凝土异型节点性能的因 素 ， 得 出了以下结论 ： 加入剪力墙 使异型节点强度增加 ， 强度退 化减慢 ； 正向加载下的异型节点强 度高于负 向 荷载下强度 ； 剪力墙会使异型节点的抗震性能得到很大提高 关键词 ： 型钢混凝土 ； 翼缘剪 力墙 ； 异型节点 ； 试验研究 ； 强度退化 ； 滞 回曲线 中 图 分 类 号 ： T U 9 7 3 1 6； TU 3 1 7 1 文献 标 识 码 ： A 大 型火力 发 电厂 框 排 架结 构 由于 工艺 的原 因 ， 形成 多种 错开 的异 型 节点 ， 而异 型 节 点 的受 力 特 点 不 同于常规 节 点 针 对 火力 发 电 厂 的梁 或 柱 中 加入 型钢及 柱侧 加入 剪 力 墙 的情 况 ， 笔者 研 究 了其 抗震性 能 1 试验方案 1 1选取 试件 1 0 0 0 MW 机 组 主厂 房 为部 分 分 散式 剪力 墙 型 钢 混凝 土主 厂房 ， 笔 者 选 取 3个 具 有 剪 力墙 的节 点 J 一1 ， J 一 2 ， J 一 3作对 比分析 研究 ， 其 中 J 一1 为 柱 侧 有 横 向( 即垂 直于梁 方 向 ) 剪力 墙 异 型 中节 点 ， J 一2 为柱 侧有横 向剪 力墙 异型 边节 点 ， J 一3为柱 侧 有横 向、 纵 向( 即沿 梁 方 向 ) 剪 力 墙 异 型 边 节 点 试 件 采 用1 ： 5 的 比例进行 缩 尺 ， 混 凝 土 为 C 3 5商用 混 凝 土 ， 型 钢 为 Q 2 3 5 钢 ， 箍 筋 采 用 H P B 2 3 5 ， 纵 筋 采 用 HR B 3 3 5级 试 件具 体尺 寸见表 1 表 1试 件 尺 寸 及 配 筋 率 注 ： 柱 尺寸 中上 柱 为 2 4 0 mm 2 5 0 mlT I ， 下 柱为 3 0 0 mm 2 5 0 mi l 1 1 2加载 方案 试 验 为 拟静 力试 验 柱顶 竖 向荷 载 对 准上 柱 中 心 ， 底 部铰支 准心处 对 准下 柱 中心 ， 轴 压 比为 0 2 5 柱 顶 施加 低 周反 复 水平 荷 载 ， 加 载 制度 为 力一 位移 混合加载制度 ： 在试件屈服前 ， 采用荷载控制分级加 载 ， 屈服后采用位移控制加载直至试件破坏 施加反 复荷 载的次数 ： 在 屈服前 每 级荷载 反复 1次 ， 试 件屈 服后反 复 2 3次 ， 加载 制度 如 图 I所示 图1 加载制度 收 稿 日期 ： 2 0 1 00 13 0 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 5 0 9 7 8 2 1 6 ) 作者简介 ： 李超 ( 1 9 7 3 一) ， 女 ， 河北沧州人 ， 硕士研究生 ， 主要从事 混合结构抗震方 面的研究 第 3 1 卷第 2期 李超 ， 等 ： 型钢 混凝土翼缘剪力墙异 型节点拟静力试 验研 究 3 5 2试 验 过 程 及 结 果 2 1 带翼 缘 型钢 混凝 土 异型 中节 点破 坏 过 程 a 初裂 阶 段 如 图 2所 示 ， 加 载 初 期 ， 首 先 在 梁 顶 部 、 底部 出 现 4型裂 缝 ， 随后横 向翼缘 剪 力 墙 出现 6型水 平 裂 缝 ， 上 柱 的 水 平 裂缝 扩展 延 伸 至 两 侧 剪 力 墙 ； 上节 点 核心 区 斜 向裂 缝 开 始 出 现 并 沿 墙 扩 展 ( 2型裂缝 ) ， 此 时荷 载约 为极 限荷 载 的 5 5 左 右 4 卜 一 1型裂 缝 ； 2 2型 裂缝 ； 3 一 型 裂 缝 ； 4 4型 裂 缝 ； 5 5型裂 缝 ； 6 6型 裂 缝 ； 7 7型 裂 缝 ； 8 8型 裂 缝 注 ： 图 中为墙柱 的展开 图， 由中间 向两边分别 为 ： 翼 缘墙 宽度展 开、 翼缘墙 高展 开、 柱展 开及 梁平面 图 2 J一1节 点 裂 缝 图 b 通 裂 阶段 荷载 继续 加 大 ， 左右 梁 4型 裂缝 相 互 连接 贯通 ， 下 柱 的水平 1型裂 缝 的发展 明显 ， 多 道 裂 缝延 伸 至 翼 缘 墙 或 与 翼 缘 墙 裂 缝 贯 通 如 8型 裂 缝 ， 且此 类 8型 裂缝末 端 斜 向上 发展 ； 上 下 节点 核 心 区 2型斜 向裂缝 陆续 开 展 c 极 限 阶段 荷 载继 续加 大 ， 柱端 1型裂 缝 及 梁 端 4型裂 缝 加宽 延 伸 ， 中 间短 柱 竖 向缝 伸 入 上 节 点 并 与上 节点 核 心 区 主斜 裂 缝 连 接贯 通 ( 3型 裂缝 ) ， 下 柱左 侧 面裂缝 开 展 大 ； 上 下 核 心 区 2型斜 向裂 缝 扩 展翼 缘墙 两侧 形 成 菱 形 块 ， 构 件 强 度 开始 呈 下 降 趋 势 d 破 坏 阶段 柱 子和墙 的新 裂缝 沿 原 有 缝延 伸 贯通 ， 梁 端 4型裂 缝 继续 加 宽加 大 ， 上 节点 核 心 区 2 型斜 裂缝 加 宽 ， 核心 区 划分成 许 多小 菱形 块 ， 下 柱左 侧 混 凝土 劈 裂 、 剥 落 ， 试件 破 坏 2 2 带 翼缘 型钢 混凝 土 异型 边 节点 破坏 过 程 a 初裂 阶段 加 载 初期 ， 首 先在 梁 顶部 及梁 底 部 出现 如 J 一1中 4型 裂缝 ， 并 随 荷 载加 大 ， 上 下 柱 出 现水 平 1型裂 缝 ， 节点 核 心 区出 现 2型斜 裂缝 ， 横 向 翼 缘剪 力墙 出现 6型水 平 裂 缝 ， 此 时 荷 载 达 到 极 限 荷 载 的 5 5 左右 b 通 裂 阶段 荷载 继续 加 大 ， 梁 顶 梁底 4型 裂缝 延伸贯 通 ， 墙上 水平 裂缝 发 展 ， 柱 水 平裂 缝与 翼缘 墙 裂缝 贯 通 ( 8型 裂 缝 ) ； 节 点 核 心 区陆 续 出现 2型 交 叉斜 裂缝 J一3横 向 剪 力 墙 上 的 裂 缝 数 量 增 加 、 长 度 延 伸 ； 纵 向翼 缘墙 与 梁 相交 部 分 裂 缝 形 成 十 字 交 叉 菱 形块 ， 并呈 现节 点 的破坏 形 态 ， 如 图 3 ( b ) 所 示 ， 而 此 时节 点核 心 区裂 缝 开展 不 明显 c 极 限阶段 荷 载继 续加 大 ， 梁上 裂缝 有较 大 发 展 ， 剪 力墙 上裂 缝发 展 ， 柱边 缘粘 结 竖 向裂缝 延伸 加 宽 ； 核 心 区斜裂 缝发 展 ， 逐 步形成 了小菱 形块 J 一2异 型 节点 ， 在 下柱 侧 面 水 平 与竖 向裂 缝 发 展快 ； 对带 翼缘 纵 墙 的 J一3异 型节 点 ， 随 着 荷 载 的 加大 ， 节点 核心 区 上 斜 向对 角 裂缝 发 展 形 成 菱 形 方 块 ， 但 此 时在梁 与纵 墙交 界 处裂 缝充 分发 展 ， 梁 中下 部 尤 为 明显 d 破 坏 阶段 柱子 和墙 的裂缝延 伸 ， 并有 多 条水 平 裂缝 贯通 ， 梁 上裂 缝 与纵 墙裂 缝不 断延 长加 宽 ； 节 点核 心 区裂缝 继续 开展 ， 菱 形块 充分 发 展 ， 柱 侧混 凝 土水平 裂缝 和竖 向劈 裂 缝 加 多 加 宽 ， 最 终 混 凝 土 剥 落 J 一 3节点 纵 向剪 力 墙下 部 混 凝 土 水平 裂 缝 与 竖 向裂缝 造 成此处 混 凝 土剥 落 ， 试 件 破 坏 J一2 ， J一3 最 终破 坏裂 缝 照片 如 图 3所 示 ( a )卜2 节 点破坏照 片 ( b )卜3 节点破 坏照 片 图 3 J一2， J一3节 点 破 坏 照 片 2 3初裂 荷载 、 屈 服荷 载 、 极 限荷载 及 其强度 退化 对 型 钢 混凝 土异 型节 点 进 行试 验 ， 所 得 荷 载 一 位 移 曲线 没有 明显 的转 折 点 ， 故 采 用 图 解 法 近 似 确 定试 件 的屈 服点 ， 得 到 的主要 试验 数 据见表 2 a 翼 缘 纵墙 的加 入在 很 大程 度上 改善 了异型 节 点 的抗 震性 能 在 正 向 荷 载作 用 下 时 ， 初裂 荷 载 、 屈 服荷 载 及极 限荷 载 的大 小 排 列 为 ： J一 3 ， J一1 ， J一 2 带 纵横 向剪 力 墙 的 边 节 点 J 一3的强度 明显 高 于 后 两 者 ， 表 明在 水 平 荷 载 作 用 下 ， 纵 向 ( 沿 梁 方 向 ) 剪 力墙 不 但加 强 了异 型 边 节 点 的边 缘 约 束 ， 而 且 承 受 着部 分 水平 剪力 ， 这 从 其 与 梁 相 交 部 分 的 交 叉 裂缝 也可 看 出 3 6 华北水利水 电学 院学报 2 0 1 0年 4月 在 负 向荷 载作 用 下 ， 异 型 边节 点 的强 度 小于 异 了作 用 型 中节 点 的强 度 ， 但 J 一 3的纵 向剪力 墙 同样 也发 挥 表 2初裂荷载 、 屈服荷载 、 极限荷载 注 ： 正 向一荷载为推力 ， 沿节点有梁 的方 向， 对于 J 一1 方 向为沿大梁( 5 0 0 m n l 梁 ) 方 向； 负向一荷 载为拉力 ， 与节点有梁的 方向反向 ， 对于 J 一1 方 向为沿小梁 ( 4 0 0 l rl Ig l 粱 ) 方向 b 试 件在约 7 0 m m 的位 移循 环 下 ， 最高 点 的最 小值 与最大值 的 比值 越 大 ， 则 强 度退 化 越小 由表 2 可知 J 一1 ， J一 2的退 化程 度 相 当 ， 而 J 一3的退化 程 度 低 这 说 明沿 梁方 向纵 向剪力 墙 ， 减慢 了异型边 节 点的强 度退化 c 3个试件 强 度 均 具 有 不 对 称 的性 质 ， 且 均 为 正 向即沿梁 方 向或 者 沿上 梁 ( J一1为 大梁 方 向 ) 推 力作 用下 的异 型节点 强 度 较 高 对 带 翼缘 纵 墙异 型 中节 点 J 一1 ， 由于 其 左 右 梁 完 全 错 开 ， 在 强 度 的不 对称性 及强度 退化 方面 也表现 出边 节点 的特征 2 4滞 回性 能 各 节点滞 回曲线 如 图 4所 示 F kI N 1 5 0 1 0 0 - 。 。 甄 l 5 0 1 m x ( a ) J -I 节点滞回曲线 2 oo一 t) -1 0 5 0 l O O 1 O l OO一 q o o 1 5 0 1 【 a m rr ( b )J - 2 节点 滞回曲线 5 0 一 ， ， _ 膏 。 。 0 1 I 6 mn O ( c ) 卜3 节点滞回曲线 ( d ) 无剪力墙边节点滞 回曲线 圈 4节 点 滞 回 曲线 由图 4可 以看 出 ： 带 横 、 纵 向分 散式 剪力 墙 的节 点 的滞 回环 ( 如 图 4 ( a ) 一 ( c ) ) 所 示 比不 带 分散 式 剪力墙 的节 点 的 滞 回环 ( 如 图 4 ( d ) 所 示 ) 要 饱 满 ， 且 其极 限承载力 有 很 大提 高 ， 即分 散 式 剪 力墙 在 提 高节点 的耗能 能力 及 承 载能 力 方 面起 很 大 作 用 ； 带 横、 纵向分散式剪力墙 的 J一3节点滞 回曲线 ( 如图 4 ( c ) 所示 ) 不 对 称 性 高 于 前 两 者 ； 带 有 横 向 分 散式 剪力墙 的 J 一1节 点拉 、 压 极 限承 载力 均 较 高 ， 在 曲 线 下降 区段 ， 虽 然有 分 散 式 剪力 墙 的异 型 节点 在 受 拉 区段 与无墙 体边 节 点 相 似 ， 在受 推 区段 对 带 分散 式剪 力墙 的异 型节点 明显 强度 退化很 慢 ， 如 图 4 ( a ) 所示 3 影 响异 型节点性能 的因素 a 在 钢筋 混凝 土异 型节 点 的梁 、 柱 中加入 型 钢 ， 提高 了节点 的强度 、 延 性及耗 能 能力 ， 使 型钢 混 凝 土异 型节 点 的延 性 与耗能 能力 较好 b 加 载 方 向的不 同使节 点 的承载力 与节 点箍 筋 及型钢的受力都有所不同 在承载力方面， 型钢混凝 土异 型节 点在 正 向荷 载作 用 下的峰值 荷 载明显 高 于 负 向荷载 作用 下的 峰值荷 载 ； 在 强度 退化 方面 ， 正 向 荷载作 用 下型钢 混凝 土异 型节点 强度 退化 缓于 负 向 荷载作 用 下 的强 度退 化 c 墙 的方 向对 异型节 点 的抗震 性能有 着很 大 的 影响 纵 向翼 缘剪 力墙 方 向沿加 载方 向时 ， 剪 力墙 的 转 动惯量 最 大 ， 对 节点 的贡献 也最 大 横 向翼 缘剪力 墙 的 加 入 也 使 异 型 节 点 的 极 限 承 载 能 力 得 到 了 提 高 4结语 a 型钢混凝 土 梁柱 节点在 低周 反复荷 载 下有较 好 的强 度 、 刚度和 延性 ， 可提 高节 点 的抗 裂度 和受剪 承载力 ， 增加结构 的耗能能力 ， 可防止节点脆性破 坏 ， 特别 适用 于地震 区的建筑 b 型钢混凝 土 节点综 合 了混凝 土和 型钢 2种 材 料 的特性 ， 耗能 能力 介 于 混 凝 土节 点 与 型 钢节 点 之 间 ， 滞 回 曲线介 于滑移 形 和纺锤形 之 间 ； 由于异型 节 点 的不 对称 性 ， 试 验 所 得滞 回 曲线 也 同样 具 有 不对 称性 ； 短肢剪力墙提高了异型节点的耗能能力 ， 使滞 回曲线 更趋 于饱满 c 型钢 混凝 土 节点 在 开 裂 、 屈 服 直 至破 坏 的全 过程中， 曲线变化较普通钢筋混凝土平坦， 刚度下降 缓慢 这表 明型 钢混 凝 土 节 点较 普 通 钢 筋混 凝 土 节 点 具有 更好 的后期 变 形 能 力 和后 期 承 载 能力 ， 符 合 第 3 1卷第 2期 李 超 ， 等 ： 型钢混凝土翼 缘剪力墙异型节点 拟静 力试验研究 3 7 大震 不倒 的抗 震 原则 短 肢剪 力墙 不但 增 加 了刚度 ， 而且 在很 大程 度 上延 缓 了刚 度退 化 参 考 文 献 1 张淑云 ， 白国 良， 李红 星 ， 等 钢筋 混凝 土框架 异型 节点 抗剪承 载力试验 J 西安科 技大学 学报 ， 2 0 0 6 ， 2 6 ( 2 ) ： 1 7 0 1 74 2 张 淑云 ， 白同 良， 朱佳 宁 ， 等 异 型边节 点抗震 性能 试验 研究 J 两安 科技大学学报 ， 2 0 0 5， 2 5 ( 2 ) ： 1 4 71 5 0 3 吴涛 ， 刘伯权 ， 白国良， 等 大型火 力发 电厂钢 筋混 凝土 异 型边节点抗震性 能及涉及方法 研究 J 建筑结 构学 报 ， 2 0 0 5， 2 6( 5)： 1 72 2 4 吴涛 ， 白国 良 ， 刘 伯权 大 型火 力 发 电厂 钢筋 混凝 土框 架异型节点性 能研究 J 工业 建筑 ， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 1 ) ： 3 9 41 5 唐九如 钢筋 混凝 土 框架 节 点抗 震 M 南京 ： 东 南大 学 出版 社 ， 1 9 8 5 6 白国 良， 秦福 华 型 钢钢 筋 混凝 土 原理 与设 计 M 上 海 ： 上海科学技术 出版社 ， 2 0 0 0 7 胡振青 ， 钱江 ， 岳建勇 ， 等 陆家嘴时代 金融 中心 S R C梁 式转换层节点试 验研究 J 结构工 程师 ， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 6 ) ： 1 2 8 1 3 4 8 梁威 ， 王吴 我 国型钢混凝 土梁柱 节点构 造综述 J 结 构工程 师 ， 2 0 0 7 ， 2 3 ( 4 ) ： 9 31 0 4 ， Qu a s t - s t a t i c Ex p e r i me n t a l S t u d y o n S t e a l Re i n f o r c e d Co n c r e t e Ab n o r ma l J o i n t s wi t h Fl an ge Sh e a r W a l l L I Ch a o ， BAI Gu o l i a n g ，ZHU J i a 。 n i n g ，L I Ho ng x i ng ( 1 Xi a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e a n d T e c h n o l o g y ， Xi a n 7 1 0 0 5 5， C h i n a； 2 N o r t h w e s t El e c t r i c P o w e r De s i g n I n s t i t u t e ， Xi a n 7 1 0 0 7 5， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B y s e i s mi c p e rf o r ma n c e t e s t i n g o n t h e s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e a b n o r ma l j o i n t s wi t h fl a n g e s h e a r w a l l ，t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f f a i l u r e f o r m o f S t e e l Re i n f o r c e d Co n c r e t e a b n o r ma l j o i n t s wi t h f l a n g e s h e a r w a l l w e r e s u mma r i z e d a n d t h e j o i n t s s t r e n g t h a s w e l l a s h y s t e r e t i c c h a r a c t e r i s t i c s w e r e a n a l y z e d， t h e n t h e f a c t o r s wh i c h a f f e c t t h e p e r f o r ma n c e o f S RC a b n o r ma l j o i n t s we r e d i s c u s s e d T h e r e f o r e s o me c o n c l u s i o n s w e r e a r r i v e d a t a s f o l l o w s ： s h e a r w a l l s j o i n e d ma k e s t h e a b n o r ma l j o i n t s s t r e n g t h i n c r e a s e a n d t h e s t r e n g t h d e g r a d a t i o n s l o w T h e s t r e n g t h o f a b n o r ma l j o i n t s u n d e r p o s i t i v e l o a d i n g i s h i g h e r t h a n t h e o n e u n d e r n e g a t i v e l o a d i n g S h e a r wa l l c o u l d ma k e t h e s e i s mi c p e r f o r ma n c e o f a b n o r ma l j o i n t s i mp r o v e d Ke y wo r d s ： S t e e l Re i n f o r c e d C o n c r e t e ； fl a n g e s h e a r wa l 1 ； a b n o r ma l j o i n t s ； e x p e r i me n t a l i n v e s t i g a t i o n； s t r e n g t h d e g r a d a t i o n； h y s t e r e s i s eurve ( 责任 编辑 ： 陈海 涛)