钢梁混凝土柱节点中梁贯穿与柱贯穿节点受力性能对比.pdf

第 3 8卷第 3期 2 0 1 2年 6月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 3 5 钢梁混凝土柱节点中梁贯穿与柱贯穿节点 受力性能对比 余琼 ， 闻 文 ， 戴绍斌 ( 1 ． 同济大学结构工程与防灾研究所 ， 上海2 0 0 0 9 2 ； 2 ． 武汉理工大学 ， 湖北 武汉4 3 0 0 7 0 ) 摘要： 通过钢梁与混凝土柱节点中梁贯穿节点与柱贯穿节点两组节点共 6个试件低周反复荷载试验对比， 分析 了不同节点连接方式下节点开裂、 极限荷载、 位移、 刚度、 耗能能力等性能。结果表明， 梁贯穿节点破坏主要发生在 钢梁根部翼缘及腹板 ， 而柱贯穿节点的破坏主要发生在钢梁与锚板间的焊缝处 ， 由于核芯区有腹板和翼缘穿过， 梁 贯穿节点在受力性能方面优于柱贯穿节点。梁贯穿节点的抗震能力略大于普通混凝土节点， 柱贯穿节点与普通混 凝土节点抗震能力对比有待于进一步研究。 关键词： 梁贯穿节点； 柱贯穿节点 ； 节点抗剪承载能力； 滞回曲线； 预埋锚栓 中图分类号 ： T U 3 2 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 8—1 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 3— 0 3 5— 0 7 An a l y s i s o n t he b e h a v i o r o f b e a m - p e n e t r a t i o n a n d c o l u m n - p e n e t r a t i o n j o i n t s c o mp o s e d b y c o n c r e t e c o l um n a n d s t e e l b e a m Y U Q i o n g ， WE N We n ， D A I S h a o b i n ( 1 ． I n s t i t u t e o f S t r u c t u r a l E n g i n e e ri n g a n d D i s a s t e r R e d u c t i o n ， T o n s j i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ； 2 ． Wu h a n U n i v e r s i ty of T e c h n o l o g y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 0 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： L o w - c y c l e l o a d i n g e x p e ri m e n t s w e r e c o n d u c t e d o n j o i n t s w h i c h s t e e l b e a m p e n e t r a t e d c o n c r e t e c o l u m n ， and w h i c h t h e fl a n g e and w e b of s t e e l b e a m W as c o n n e c t e d t o c o n c r e t e c o l u m n b y anc h o r s l a b ， i n c l u d i n g s i x s pec i m e n o f t w o g r o u p s j o i n t s ． C r a c k s l o a d ， u l t i m a t e l o a d ， dis p l a c e me n t ， s t i ff n e s s ， e n e r gy dis s i p a t i o n c a p a c i ty o f j o i n t s b e t w e e n d i ff e r e n t c o n n e c t i o n p a ~ e r n s w e re c o mp a r e d ． T h e res ult s s h o w t h a t t h e f a i l u r e o f j o i n t s o f b e a m - pen e t r a t i o n O C C ur i n s t e e l b e am - e n d fl ang e and w e b ， t h e f a i l ure of j o i n t s c o l u mn — pe n e t r a t i o n O C C ur i n w e l d be t w e e n s t e e l be a m a n d a n c h o r s l ab ． Be c a u s e o f w e b an d fl a n g e i n c o r e z o n e． t l l e me c h a n i c a l be h a v i o r o n j o i n t s o f bea m - pen e t r a t i o n i s b e t t e r t h a n t h a t of c o l u m n — pen e t r a t i o n ． T h e s e i s m i c c a p a c i ty o f j o i n t s of b e a m- p e n e t r a t i o n i s a l i t tl e bet t e r t h a n t h a t o f c o m m o n c o n c ret e ， and the s e i s m i c c a p a c i ty o f j o i n t s n e e d f u r t h e r re s e a r c h bet w e e n c o l u m n — p e n e t r a t i o n a n d c o m m o n c o n c re t e ． Ke y wo r d s ： j o i n t p a s s e d b y t h e fl a n g e and w e b o f s t e e l b e a m； j o i n t c o n n e c t e d t h e fl ang e and w e b o f s t e e l bea m t o c o l u m n b y a n c h o r s l a b ； s h e a r c a p a c i t y o f j o i n t ； h y s t e r e t i c C u r v e ； p r e - b u r i e d a n c h o r b o l t ^- ■ ‘ -_ - 一 U 刖 昂 混凝土柱 一钢梁组合结构节点由于构造形式不 同可分为梁贯穿型节点和柱贯穿型节点两种。目 前 国内外研究涉及较 多的为梁贯穿节 点受力性 能研 究 ， 而柱贯穿型节点研究相对较少， 而对两种节点作 对比研究的就更少。由于两种节点的构造方式的不 同， 节点的受力性能、 破坏方式不同 ， 节点在 强度和 刚度变化、 极限荷载、 位移性能、 耗能能力方面均有 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 3 - 2 3 作者 简介 ： 余琼 ( 1 9 6 8一) ， 女 ， 安徽庐 江人 ， 副教 授 ， 硕 士生导 师 ， 主要从事建筑结构基本理论及鉴定、 改造 、 加 固研究 。 E —ma l l ： y i o n g y u 2 0 0 5@ 1 6 3 ． c o in 差异 ， 本文通过两组不 同类型节点， 重点进行两种形 式节点力学性能方面定量对 比分析 ， 同时将两种节 点与混凝土节点抗震性能也进行对比分析。 1 试验方法 1 ． 1 梁贯通节点设计 梁贯穿型节点 ， 即钢梁翼缘 、 腹板穿过} 昆 凝 土 柱 ， 然后在钢梁翼缘上开洞 ， 穿过柱纵筋， 在 钢梁腹 板上开洞穿柱箍筋， 部分节点还在混凝土柱 的中心 设置小截面的用于施工架立 的钢骨 ， 柱 中钢骨不进 人节点 ， 而是焊接在钢梁的上下翼缘上。 本试验根据节点核芯区无箍筋、 柱内核芯区有 钢筋 网片和柱内有小型钢柱等构造方式的不同共设 计了 3个节点试件 ， 试件 G J 一 1 节点区域 内钢梁上无 3 6 四川建筑科学研究 第 3 8卷 柱加密箍筋 穿过。试件 G J ． 2的柱在节点上下 5 0 0 mm的范围内配置了 8钢筋网片 ， 以加强钢梁节点 区域柱承载能力 ， 且节点区域 内钢梁上有柱箍筋加 密； G J - 3构造做法参考了美 国 1 9 9 4由 A s c e制定 的 R c s 框架节点设计指南 1 1 0中的部分构造措施 ， 节 F i g ． 1 1 ． 2 柱贯通节点设计 点两侧柱中设置加劲肋 ， 并焊接在钢梁翼缘上； 在钢 梁翼缘上钻孔塞焊部分柱纵筋 ；节点 区域 内钢梁上 有柱箍筋加密 ， 节点上下的柱端一定范围也设置加 密箍筋 ； 节点设计如图 1所示。 5 1 6 HNI 5 0 7 55x7 l Il M 1 6 叫 1o0 硎 双 向 钢 昌 — 筋 网 片 }l 川 HN350 175 ；0 175 IL I ．I且 ll I 6 9． l 6 9． 二十 5 l 6 三 l -加 劲 肋十 十 ⋯ ⋯ l - _．L ．⋯ ⋯ ’ l l 一 t j粱 翼 缘 上 钻 孔 塞 焊 纵 筋 昌 U 桩 I l} J 承 压 板 ．r l 1 1嘲粱 腹 板一一 “ Ⅲ U —— 一 II 1 0 0 R C 枉 向钢筋 i 『 tL- - i I 加 劲 I r 1 - 1 l 、 l l l I ^ 卜 ～" 5 - n 丹 f T 一 l — - 一 拉 筋 — ／ ／ ~ s @ 1 o o 一 丝 ( b ) GJ 一 2( c ) GJ - 3 图 1 梁贯通节点设计 De s i g n d r a wi n g o f j o i n t p a s s e d b y t h e f l a n g e a n d w e b o f s t e e l b e a m 柱贯穿型节点 即钢梁焊接于柱侧节点锚 板板 上 ， 节点锚板通过锚栓连接于柱侧。锚栓预埋于柱 内， 锚板与柱接触面涂结构胶 通过锚栓将锚板固定 于柱边 。本试验根据锚栓个数、 锚栓布置方式、 钢梁 与锚板连接方式的不 同共设计 了 3个试件 ， 节点设 计如 2图所示。G J _ 4钢梁与锚板 的连接方式为钢 梁上下翼缘焊接于锚板上 ， 连接腹板 的节点板焊接 于锚板上 ， 并 通过磨擦螺 栓与钢梁腹板相 连， G J _ 5 钢梁与锚板的连接方式为 ： 钢梁通过高强螺栓与腹 板连接节点板及上下翼缘连接节点板连接， 而腹板 与翼缘节点板通过剖 口焊连接与锚板上 ， G J - l5 钢梁 为两段 ， 第一段全焊于锚板上， 第二段钢梁翼缘采用 翼缘节点板与第一段上 、 下翼缘剖 口焊连接 ， 腹板采 用腹板节点板与第一段钢梁腹板采用 高强螺栓连 接。G J 4 与 c J 一 5 ， G J - 6的预埋锚栓主要区别在于前 者的预埋锚栓 比后者多。G J ^ 5 ， G J 的预埋锚栓主 要区别在锚栓间距不同， G J - 5锚栓间距较小。 ． 型 呻⋯ 一 三 皇壁羹壁重 ／ ／ ’ — ⋯一 6 — — 7 7 与 柱上连接板粟用剖切焊 一2 -2 与柱上连接板采用剂切焊 2 -．_ 2 _2 ( a ) GJ - 4 ( b ) GJ - 5 ( c ) GJ - 6 图 2 柱贯通节点设计 F i g ． 2 D e s i g n d r a w i n g o f j o i n t c o n n e c t e d t h e f l a n g e a n d w e b o f s t e e l b e a m t o c o l u mn b y a n c h o r s l a b 两种节点所用柱 、 梁尺寸 、 材料等性能都相 同。 1 ． 3试验方案 本组合节点体系为框架边节点体系， 试验在专 门的反力架上进行 ， 加载装置及加载示意如 图 3所 示。试验中采取将混凝土柱倒置于地面， 对钢梁进 行水平加载的方式。为保试件在加载过程 中不发生 移动 ， 水平方向在柱两端与反力架之问各设置一个 千斤顶 ， 通过同时施力 限制混凝 土柱在水平方 向的 移动， 并对柱施加轴压力。竖直方向在柱的两端各 设置一个钢压梁 ， 一方面将混凝土柱与地面压紧， 另 一 方面防止柱在加载过程 中翘起。加载装置为固定 在反力架上可以施加双向作用力的油压千斤顶。为 防止加载过程中钢梁发生平面外 失稳 ， 在钢梁两侧 平行于加载方向设置 了侧向支撑 。本试验为拟静力 加载试验， 加载程序采用荷载 一变形双控方法 ， 在节 点屈服前， 采用荷载控制并分级加载 ， 每级荷载取 5 k N， 往复循环一周 ； 当节点屈服后 ， 按照变形控制 ， 变形值取屈服时试件最大位移值的 1 ／ 2 ， 并以该位 2 0 1 2 N o ． 3 余琼， 等： 钢梁混凝土柱节点中梁贯穿与柱贯穿节点受力性能对比 3 7 移值的倍数为级差控 制加载 ， 每级荷载往复循环两 次。 ①双作用千斤顶；②拉压力传感器； ③平板铰连接件 ； ④钢粱；⑤反力架 ⑥钢压粱； ⑦千斤顶；⑧混凝土柱 ( a )节点加载装置 图 3 节点加载装置及 加载示意 F i g ． 3 J o i n t l a d i n g d e v i c e s a n d s c h e ma t i c dia g r a m o fl o a d i n g 2 试件破坏特征 2 ． 1 梁贯穿节点 G J 一 1是因为核芯 区混凝 土出现较大 的裂缝及 试件 中钢梁角 部翼缘 处 出现严 重 的屈 曲而 破坏 ； G J 2主要是 因为角部处钢梁与混凝土柱 出现较大的 撕裂现象 ， 同时在达到极 限荷载时钢梁角部 出现腹 板屈 曲现象而破坏 ； G J 1 - 3主要是因为钢梁角部处的 翼缘发生屈曲和钢梁腹板 出现隆起现象 ， 同时伴随 着混凝土柱出现较多小裂缝 。总的来说 ， 节点破坏 都是钢梁翼缘及腹板都达到屈曲后构件发生最终破 坏。梁贯穿节点破坏时节点核芯区并未裂通 ， 未达 到节点抗剪破坏 ， 但 节点 核芯区有较为明显开裂和 变形 。 2 ． 2 柱贯穿节点 柱贯穿节点破坏都没有表现 出足够的延性 ， 各 节点试件的最终破坏均是 由于焊缝的拉断而引起。 G J 4 破坏 时梁一侧下翼缘与锚板对接焊缝局部被 拉裂， 随后该处裂缝很快扩展， 另一侧的翼缘与锚板 对接焊缝 的端部 也 出现 了局部 拉裂 的情 况。G J - 5 破坏时连接底板下受拉一侧 的一根锚栓与连接底板 对接焊缝被拉断 ， 节 点附近连接底板上 的混凝土破 坏 明显。G J - l5 梁下翼缘与锚板之 间的焊缝被拉断。 总之 ， 柱贯穿节点破坏主要为钢梁翼缘与连接锚板 对接焊缝被拉断或连接底板下的锚栓与连接锚板的 对接焊缝被拉断 ， 而翼缘与腹板没有发生屈服 G J - 5节点附近的混凝土有明显开裂迹象 ， 这说 明 G J 4， G J _ l 5 节点域 尚有很大的承载潜力。柱贯穿 节点破 坏时节点变形较小， 离抗剪破坏有较大差距。 3 试验结果与分析 3 ． 1 节点开裂、 屈服、 极限、 破坏荷载 根据试件的加载情况 ， 梁贯穿节点 的受力过程 分为开裂阶段 、 屈服阶段 、 极 限阶段 、 破坏 阶段。柱 贯穿节点 由于破坏为焊缝破坏 ， 无明显屈服阶段 ， 各 阶段梁端荷载的实测值见表 l 。P 为柱初裂荷载， P 为翼缘刚开始屈服的梁屈服荷载值， P 为极限荷 载， 是试验中试件所达到的梁端水平荷载的最大值。 试验中节点破坏均为受弯破坏 ， 由于构造形式不 同 造成节点破坏形式的不同， 屈服荷载 、 极限承载力出 现差异 。 表 1 试件的初裂荷载、 屈服荷载、 极限荷载试验值 Ta b l e 1 Tr i a l v a l u e o f i n i ti a l c r a c k l o a d。 y i e l d l o a d， u l t i m a t e l o a d 注： 当左右梁端荷载不相等时 ， 表中数 据取左右荷载值 的平均值。 柱贯穿节点初裂荷载小 于梁贯穿节点 ， 差别在 4 7 ． 7 ％。可见梁腹板和翼缘穿过节点对节点起约束 作用 ， 增加节点的开裂荷载 。柱贯通节点极限荷载 小于梁贯穿节点 ， 差别在 3 1 ． 7 ％。可见 由于梁腹板 连续贯穿 ， 梁贯穿节点在承载力方面 明显优于梁连 接于柱侧锚板上节点。 两种节点都是受弯破坏， 但后者的承载力却比 前者小很多 ， 这主要 是 由于破坏方 式的不 同引起。 前者破坏为钢梁翼缘及腹板都达到屈服， 部分构件 达强化段后节点发生最终破坏 。后者多为梁侧翼缘 与锚板对接焊缝破坏或连接底板下 的锚栓与连接底 板的对接焊缝被拉断最终破坏 ， 虽然焊缝设计与梁 为等强度 ， 但 由于施工 因素影 响， 焊缝存在应 力集 中， 为梁节点最簿弱环节， 其实际强度低于钢梁强 度 ， 故柱贯穿节点强度小于梁贯穿节点 。柱贯穿节 点破坏时钢梁腹板及翼缘并未达屈 服， 由于焊缝很 难发展塑性变形能力 ， 节点都没有表现出足够 的延 性。 G J - 5的节点区域混凝土有较明显的开裂现象， 这是 由于 G J 一 5的锚栓 间距较小 ， 锚栓开孔对节 点 区域有消弱作用 。 3 ． 2极限位移、 刚度 3 ． 2 ． 1 梁端 极 限位 移 节点的梁端极 限位移对 比见表 2 ， 可见柱贯穿 3 8 四川建筑科学研究 第 3 8卷 注 ： △正 向为正向梁端极 限位移 ； △反向为反 向梁端极限位移。 3 ． 2 ． 2刚度 骨架曲线是滞回曲线各循环峰值点的连线， 它 能宏观地反映出在单调加载过程中， 试件 的承载力 以及刚度信息。 试件 骨 架 曲线 0 ． 7 5 P 处 的刚 度 ( = 0 ． 7 5 P ／ A w， P 为实测极限荷载， A w为 0 ． 7 5 P 在骨架 曲线上所对应位移， 此刚度可代表节点使用 阶段刚度) 比较见表 3 。 表 3 骨架 曲线 0 ． 7 5 P 一处的刚度情况 T a b l e 3 S t i ffn e s s o f t h e l o c a t i o n o f s k e l e t o n c u r v e ’ S 0 ． 7 5 Pm I I 由以上比较可知， 柱贯穿节点刚度小于梁贯穿 节点刚度 2 5 ％。由于节点都是梁受弯破坏 ， 节点的 刚度主要是 由梁的受弯性能及节点的整体性能决定 的。由于梁贯穿节点钢梁与节点连接整体性好， 故 节点刚度好。 3 ． 3耗能能力 3 ． 3 ． 1 梁贯通节点与柱贯通节点耗 能能力对比 试件滞 回曲线包络线对 比如图 4所示。滞 回曲 8 0 至 _ 4 o 8 0 —1 ／ l ： ／ ／ ／ llIlIIlIlII 一 一 ．1 2O- 8 0— 4 O 0 4 0 8 0 1 2 0 H，mm ( a ) G J 4 ．／一 | ： ／ ／ ： ， ／ ／ 1 l I I 1 I I 1 1 l 1 [ ／ ．1 2 0． 8 0 - 40 0 4 0 8 0 1 2 0 U ／ m m ( c ) G J - 4 ： ／ ／ ： ．．．．．． ／／ _ j ／ f ／ 一 ／ I● Il ，● l ● Il C o ) GJ ．-4 - n ： - 一 ／ ／ ／ ．舯- 4 0 0 4 0 8 0 ( d ) ． 4 ： ： _L ／ ： ／ ／ l I l l●●● 一8 O ． 4 0 0 40 8 0 8 0 - 4 0 0 4 0 8 0 | mffl u| mm ( e ) G J 一 5 ( f ) GJ - 6 图 4 试件 滞回曲线包络 线对 比 Fi g ． 4 Co m p a r i s o n o f e n v e l o p e c u r v e o f h y s t e r e t i c c u r v e s 线是抗震性能的综合表现 ， 滞 回环包络线面积的大 小表明结构耗散地震能力 的多少， 为了进一步对试 件耗能性能进行分析， 引入耗能系数 ， 定义如下 ： E=( |s A B c+S c D A )／ ( S o B E+．s o D F ) ； 式中， Js A B c 和 ．s c D A 分别表示滞 回曲线包络线上半部和下半部 的面积 ， S O B E 和 S O D F 分别表示三角形面积 ， 如 图 5所 示。等 效粘滞阻尼系数 h 的计算公 式为 ： h 。 ：E ／ 2 1 T ， E和 h 越大， 节点试件的耗能能力也越好。 ， D 图 5 耗能 系数 E计算 Fi g． 5 Ca l c ul a t i ng c ha r t o f d i s s i pa t i ve c o ef fic i e nt E 表4 ， 5为试件的滞回环面积对比及耗能系数 和等效粘滞阻尼系数 h 对比。 柱贯穿节点的滞 回曲线包络线面积小于梁贯穿 节点包络线面积约 7 0 ％ ， 柱贯穿节点的耗能系数 和等效粘滞阻尼系数 h 。 都小于梁贯穿节点2 6 ． 5 ％， 可见柱贯穿节点耗能能力明显小于梁贯穿节点。梁 贯穿节点传人核芯区剪力通过腹板传递， 这对节点 剪力传递非常有利 ， 这是节耗能能力影响 的决定 因 素。 2 0 1 2 N o ． 3 余琼， 等： 钢梁混凝土柱节点中梁贯穿与柱贯穿节点受力性能对比 3 9 注 ： 滞 回曲线包络线面积为 C A D图中测量 面积 。 表5 试件的滞回曲线包络线耗能系数 E和等效粘滞阻尼系数 h 。 情况 Ta b l e 5 En v do p e c u r v e ’ S d i s s i p a tiv e c o e f fic i e n t E a n d e q u i v a l e n t v i s c o u s d a mp i n g c o e f fi de n t h 。o f t h e s p e c i me n 对梁贯穿节点来说 ， 节点核芯 区是否配有小型 钢骨 、 是否配有箍筋或钢筋 网片对节点 的对节点耗 能性能影 响不 大。C J ． 1节点 区域无 箍筋穿过 钢梁 腹板 ， 节点区域也未配钢骨及钢筋网片 ， 但节点的滞 回曲线包络线面积却最大 ， 节点耗 能系数 和等效粘 滞阻尼系数也大 ， 说明是否配钢骨、 箍筋或钢筋网片 对该种节点耗能性 能影响不大， 这主要是 由于节点 破坏均为梁抗弯破坏 ， 并非达核芯区抗剪破坏 ， 节点 核芯区变形虽然较大 ， 但并未裂通 ， 箍筋对核芯区约 束作用不强 ， 而钢骨或钢筋网片配在柱 中， 柱本身变 形很小 ， 钢骨或钢筋网片在节点 中所起作用小。G J 一 2 节点区域配有钢筋网片， 但滞回曲线包络线面积 却最小， 说明柱节点区域配箍筋对柱的约束性能好， 节点的耗能性能好 。 3 ． 3 ． 2梁、 柱贯通 节点与混凝 土节点耗能能 力对 比 载力加强 ， 破坏 为混凝土柱 大偏压破坏 。试件耗能 系数 E和等效粘滞阻尼系数 h 情况见表 6 。 表6 文献[ 3 】 试件的滞回曲线包络线耗能系数 E 和等效粘滞阻尼系数 ^ 情况 Ta b l e 6 En v e l o p e c u r v e ’ S d i s s i p a t i v e c o e ffi de n t E a n d e q ui v a l e n t v i s c o u s d am p i n g c oe ffi de n t ^ ． o f r e f e r e n c e s[ 3 ] 试件编号 G J - 2 G J ． 3 c J 4 G J - 5 G J _ 7 滞 回曲线包络线面积 2 5 2 3 2 9 0 4 3 1 4 9 2 6 7 5 2 6 2 7 E 1 ． 7 2 1 ． 71 1 ． 7 3 1 ． 7 O 1 ． 8 0 h 0． 2 7 4 0 ． 2 7 2 0． 2 7 5 0 ． 2 7 2 0． 2 8 7 可见在本文破坏情况下， 混凝土节点的耗 能能 力与梁贯穿节点的耗能能力相近。 表 7 所示本文收集到的普通混凝土节点的等效 粘滞阻尼系数和耗能系数。 本文试验中梁贯穿节点的等效粘滞阻尼系数平 均值为 0 ． 3 3 3 ， 耗能系数平均值为2 ． 1 0 ， 大于文献中 文献[ 3 ] 中进行了 1 个混凝土梁 G J ．7与4 个梁 普通混凝土节点的等效粘滞阻尼系数和耗能系数， 贯穿节点 G J - 2～ 5的对 比试验 ， 设计原则是钢筋混 这说明该试验 中梁贯穿节点的抗震能力大于普通混 凝土对 比试件梁的截面尺寸及配筋通过其抗弯、 抗 凝土节点， 这是由于节点为梁端塑性破坏。 剪强度设计值与钢梁相等的原则确定。混凝土对 比 梁贯穿节点 由于核芯区有钢梁 的穿过 ， 一般发 试件为核芯区受剪破坏 ， 核芯区交差裂缝贯通。梁 生梁端塑性铰破坏 ， 其 耗能能力好 于} 昆凝土节点 的 贯穿节点由于核芯区有梁腹板和翼缘通过 ， 抗剪承 耗能能力 。 表 7 文献中普通混凝土节点耗能系数 E和等效粘滞阻尼系数 h 情况【 T a b l e 7 D i s s i p a ti v e c oeffic ~ n t E o f n o r ma l c o n c r e t e ’ S j o i n t a n d e q uiv ale n t v i s c o us d am p i n g e oe f fide n t h o fthe r e f e r e n c e s 【 】 柱贯穿节点的等效粘滞阻尼系数平均值为 0 ． 2 4 5 ， 耗能系数平均值为 1 ． 5 4比表格 7 普通混凝 土节点的的等效粘滞阻尼系数和耗能系数略小 ， 可 见柱侧节点板上焊钢梁的节点连接方法的抗震性能 比混凝土节点的抗震性能略小， 基本可满足抗震要 求。 但文献 [ 7 ] 中采用端板螺栓连接节点 J D 0 1 ， J D 0 2 ， J D 0 3的耗能系数分别为0 ． 8 6 7 ， 0 ． 8 9 2 ， 1 ． 3 1 3 ， 等效粘滞阻尼系数分别为0 ． 1 3 8 ， 0 ． 1 4 2 ， 0 ． 2 0 9 ， 该 系数偏小 ， 仔细分析文献 [ 7 ] 中试件 ， 试件 J D 0 1的 螺栓采用 1 0 ． 9 5级 M 2 2的高强度螺栓， 试件 J D 0 2 的钢螺栓采用 1 0 ． 9 5级 M 2 4的高强度螺栓， 试件 四川建筑科学研究 第 3 8卷 J D 0 3的钢梁螺栓采用 1 0 ． 9 5 级 M 3 0的高强度螺栓。 从破坏形态来看 ， 接近破坏时 J D 0 1 钢梁靠近端 板焊缝处的翼缘 屈服 ， J D 0 2 ， J D 0 3钢梁端部形成 塑 性铰 ， 破坏 时 J D 0 1 ， J D 0 2件锚板 与柱面脱 开约 1 0 m m， 螺栓断裂 ， J D 0 3试 件锚板与柱面未脱开 ， 而是 焊缝处端板撕裂。锚板与柱 面脱开原 因是 ， 锚栓设 计偏小 ， J D 0 1 ， J D 0 2锚栓直径小 ， 且锚板与柱 间无结 构胶 ， 试验中锚板与柱面易脱开。因此可初步推断， 当锚栓设计强度足够时 ， 出现梁端塑性铰破坏时 ， 该 种节点形式的抗震承载力基本满足要求。 以上为滞 回曲线的特性对 比， 柱贯通节点与混 凝土节点的滞回曲线的包络线面积大小无法进行比 较 。因此 ， 该结点与混凝土节点的抗震性能对 比有 待进一步研究 。 3 ． 3 ． 3节点的受力状态对比 梁贯穿节 点试件 的初裂 时节点 的剪切变形很 小， 核芯区箍筋应变也很小 ， 而此时插入节点核芯区 钢梁腹板上的主应变 己经较大 ， 个别测点 的主应变 值已达到腹板屈服应变的 6 5 ％。在核芯区混凝土 斜向开裂以后， 核芯区腹板的应变值有突变， 主拉应 变值很快超过屈服应变值， 核芯区腹板的屈服区域 逐渐扩大 ； 剪切变形也开始增大。但节点区的箍筋 还未发挥 明显 的作用 ， 节点剪力仍然主要 由核芯区 钢梁腹板和混凝土共 同承受。加载到极 限荷载时， 节点核芯区的剪切变形明显增大。而且此时各试件 的承载力还在继续增大， 一方面因为有混凝土的约 束 ， 核芯 区钢梁腹板屈服以后不易产生失稳屈曲， 进 人强化 ， 因而腹板的抗剪承载力还可以继续增长 ， 另 一 方面是 由于梁根部也进入强化段。达到极限荷载 以后， 随着循环次数的增加， 各循环对应的峰值荷载 下降较快 ， 节点核芯区的破坏也越来越严重 ， 核芯区 的剪切变形急剧增加 ， 节点的刚度明显下降。 可见腹板在梁贯穿节点试件节点抗剪中起着很 重要 的作用。节点破坏时核芯区剪切变形较大。 柱贯穿 节点 由于梁 与节点端板 间焊缝发生破 坏， 破坏主要是梁端受弯破坏， 试件承载力较小， 试 件节点域相对较强 ， 节点区域斜裂缝在整个试验过 程中开展不大 ， 试件的剪切变形角很小 ， 节点剪切变 形对节点性能影响甚微 ， 节点区域仍有强度储备。 3 ． 3 ． 4 节点的受力机理对比 梁贯穿节点抗剪能力由三部分组成 ： 第一部分 为钢梁腹板提供剪力 ； 第二部分为} 昆凝土斜 压杆机 理提供 ， 钢梁端受压的翼缘通过加劲板 的扩散作用 将部分水平压力传至核心 区混凝土 的角部区域 ， 而 相邻的柱端受压区混凝土大部分 的竖向压力 ， 在与 相邻梁端剪力的一部分抵消后 ， 通过钢梁翼缘也传 到同一区域。这两个压力所合成的沿节点对角线方 向的斜向压力将相互平衡 ， 这种节点抗剪方式 即为 核芯区内部混凝土斜压杆机构。由于受到翼缘框、 核芯区外部混凝土和节点箍筋的约束， 核芯内部混 凝土， 近似处于三向受压状态 ， 因而其抗压抗剪能力 显著提高。由于翼缘和腹板对核芯区内部混凝土的 有效约束能较好的维持到加载后期， 使得核芯区内 部混凝土斜压杆机构提供的抗剪能力也能较好的保 持。第三部分为桁架机构提供 ， 由梁纵筋和柱纵筋 和箍筋及混凝土形成桁架机构承担节点剪力 ， 而穿 过核芯区的腹板更加强了桁架机构的刚度和抗剪承 载力。 柱贯穿节点的抗剪机理与混凝土节点类 似， 由 于螺栓的存在 ， 节点力的传递方式发生 了转变 ， 但节 点抗剪机理本质未变 ， 螺栓传递到混凝土上 的压力 和柱端受压区混凝土所受压力形成的斜压杆机理抗 剪， 由梁纵筋和柱纵筋 和箍筋及混凝土形成桁架机 构承担节点剪力。 两种节点形式抗剪机理的主要不 同在于梁贯穿 节点有梁腹板和翼缘穿过节点核芯 区， 而钢梁腹板 在节点中主要作用是抗剪 ， 并增加桁架抗剪机理 中 桁架作用 ， 增加节点的抗剪承载力和耗能能力。翼 缘在节点中的主要作用是与腹板形成框架 ， 对核芯 区混凝土进行约束 ， 增加型钢的刚度 ， 也可增加试件 的耗能能力。 柱贯通节点的耗能能力主要由锚栓的多少来决 定 ， G J - 4节点锚栓较多， 节点的耗能性能好。由于 节点破坏均为梁抗弯破坏， 并非核芯区抗剪破坏 ， 故 影响节点耗能性能的主要 因素为节点 的抗弯性能 ， 当锚栓较多时， 通过每个锚栓传人节点的力就减小， 锚栓的粘结滑移现象就少 ， 节点 的耗能性 能就好 。 而 G J - 5节点锚栓较少 ， 且 间距小 ， 节点破坏是锚 栓 与锚板间焊缝拉端 ， 所 以节点滞 回环面积最小。 4 结 论 1 ) 梁贯穿节点破坏主要发生在钢梁根部翼缘 及腹板， 而柱贯穿节点的破坏 主要发生在钢梁与锚 板间的焊缝处或连接底板下的锚栓与连接底板的对 接焊缝被拉断， 可见柱贯穿节点施工时焊缝质量尤 为重要。 2 ) 柱贯穿节点初裂 、 极限荷载均 比梁贯穿节点 小 3 0 ％ ～ 4 0 ％。可见由于梁腹板连续贯穿柱 ， 节点 2 0 1 2 N o ． 3 余琼 ， 等： 钢梁混凝土柱节点中梁贯穿与柱贯穿节点受力性能对比 4 1 在承载力方面明显优于柱贯穿节点。 3 ) 柱贯穿节点与梁贯穿节点相 比， 位移能力减 小 3 8 ％。节点刚度减小了 2 5 ％。 4 ) 柱贯穿节点 的滞 回曲线包络线面积小 于梁 贯穿节点包络线面积约 7 0 ％ ， 柱贯穿节点 的耗能系 数 E 和等 效 粘 滞 阻 尼 系 数 都 小 于 梁 贯 穿 节 点 2 6 ． 5 ％ ， 可见柱贯穿节点耗能能力 明显小于梁贯穿 节点 。 5 ) 两种 节点抗 剪机理 的不 同主要在 于梁贯穿 节点有梁腹板和翼缘穿过节点核芯区。钢梁腹板在 节点中主要作用是抗剪 ， 并增加桁架抗剪机理 中桁 架作用 ， 增加节点的抗剪承载力和耗能能力 ； 翼缘在 节点中的主要作用是 与腹板形成框架 ， 对核芯区混 凝土进行约束 ， 增加型钢的刚度和试件的耗能能力。 6 ) 柱贯穿节点当锚栓较多时， 通过每个锚栓传 人节点的力就减小， 锚栓的粘结滑移现象就少， 节点 的耗能性能就好 。 7 ) 梁贯穿节点 的抗震 能力 大于普 通混凝土节 点。柱贯穿节点与普通混凝土节点抗震能力对 比有 待于进一步研究 。 参 考 文 献 ： 李云涛． 钢筋混凝 土柱—— 钢梁梁贯 穿型节 点受 力性能研 究 [ D ] ： 武汉： 武汉大学， 2 0 0 7 ． 王哲 夫． 钢 梁 一钢 筋混凝 土 柱柱 贯穿 型 节点 受力 性 能研 究 [ D ] ： 武汉： 武汉大学， 2 0 0 7 ． 李炜． 钢筋混凝土柱 一 钢梁节点低周反复荷载作用下受力 性能的试验研究[ D ] ． 上海： 同济大学， 2 0 0 5 ． 余琼 ， 陆洲导． 受损对碳纤维加固框架节点的影响[ J ] ． 同济 大学学报 ， 2 0 0 4， 3 2 ( 2 ) ： 7 7 _ 8 1 ． 余琼 ， 吕西林 ， 陆洲导． 框架节 点反 复荷载下 的受力 性能研 究[ J ] ． 同济大学学报， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 2 ) ： 1 3 7 6 — 1 3 8 1 ． 余琼， 李思明． 框架偏心节点反复荷载下 的受力性能研究 [ J ] ． 同济大学学报， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 4 ) ： 4 4 8 _ 4 5 4 ．