文摘

为了研究轴向压缩比的影响的梁柱节点抗剪承载力和钢筋比steel-truss-reinforced梁柱关节,五个剪切破坏内部关节标本设计。不同同轴压力的影响比率(0.1,0.2,和0.3)和钢铁内容在应变、极限承载力、抗震性能和故障模式联合cross-inclined腹侧和和弦酒吧的核心研究领域。实验结果表明,所有试样的荷载位移滞回曲线表现出一种粘结滑移现象。随着轴压比的增加,极限承载力的共同核心增加3.4%和5.9%,分别。虽然延性降低10.3%和13.1%,能源消费能力下降了3.2%和5.8%,分别。剪切能力和延性的成员交叉斜腹角钢的共同核心增长了12.9%和13.4%,分别。接头的剪切能力和延性可以显著改善通过增加钢的数量在核心区域。剪切的表达能力适合这种类型的关节得到的拟合分析,可作为工程设计的参考。

1。介绍

钢筋混凝土(SRC)复合结构是一种新型的基于钢结构和混凝土结构,它可以结合二者的优势(1,2]。与普通钢筋混凝土相比,组件的强度可以增加1.5 - -2.0倍,刚度提高,和断面尺寸减少,从而提高了可用区域的建筑,使建筑的空间布置更加灵活(3]。作为一个重要的部分连接梁柱,竖向荷载和地震作用下,其压力是更复杂的。框架联合主要承担轴向力、剪切力、弯矩梁和柱的传播。关节受到多个压缩应力,弯曲,剪切(4]。如果联合不配备足够的箍筋和抗剪切变形较弱,核心区域的联合作用下发生剪切破坏的主拉应力。许多学者进行了大量实验研究SRC关节。菅野(5,6)进行低负载测试在多个SRC beam-reinforced混凝土柱框架关节,发现混凝土强度的核心区域的轴向压缩比大小影响关节的滞回性能。君(7]分析了钢beam-reinforced混凝土柱滞回性能的关节和描述组合梁柱节点的设计和力学性能用于抗震设计。周(8)发现,为了避免核心区域的剪切破坏,剪切强度可以增强核心区域补偿钢板的使用。Kadarningsih [9)发现,接头的剪切强度可以提高通过使用型钢作为框架来取代横向纵向酒吧。Mirghaderi [10)提出了一个新的时刻连接钢梁与钢筋混凝土柱之间(RCS)和描述力转移机制和设计过程。陈(11研究中间接头的抗剪能力,但该模型没有考虑轴向压力的影响钢网的剪切机制;因此,它并不适用于关节的抗剪承载力的计算在高轴向压力。唐(12)进行了实验研究四SRC框架梁柱复合关节和关节与普通钢筋混凝土相比。发现SRC关节表现出更好的抗剪承载力和抗震性能。Ketiyot [13]发现场铸关节表现出良好的延性和耗能能力,但对于预制组件,搭接的裂缝是主要的失效模式和抗震性能比那个弱场铸关节。

full-web-type SRC柱框架关节,梁钢筋骨头应该断开连接两岸的柱钢骨和关节应该通过焊接连接和其他形式。因此,基于steel-truss-reinforced SRC结构,混凝土(STRC)结构提出了本研究通过使用钢桁架作为传统主要的钢筋混凝土结构。在空腹SRC框架梁骨架关节采用本研究可以直接通过和弦的内部角的列14]。以前,SRC梁柱节点的行为和强度研究了单面和双面力输入(15),其中强度叠加方法的适用性联合抗剪强度进行评估。禅宗(16和陈17)测试轴向压缩比的影响,角钢的尺寸,和钢铁内容STRC关节的抗震性能。实验结果表明,这种结构的延性和耗能能力优于钢筋混凝土关节。关于失效模式,核心剪切破坏发生在所有的关节测试。邓(18)制作的八组STRC梁柱接头和探索角钢的影响大小和轴向压缩比的抗震性能。测试结果表明,增加轴向压缩比是有益的承载力,但不利于滞回性能。

总之,STRC结构能反映良好的抗震性能。然而,很少有研究关节内部的承载力和抗震性能,尤其是梁柱节点抗剪承载力他们。因此,本文着重于这些,具体方法如下:首先,低循环扭转加载测试进行五STRC梁柱节点。第二,轴压比和钢比的影响在关节空腹SRC结构的延性和抗震性能进行了研究通过滞回曲线和骨架曲线得到的测试。这项研究提供了重要的实验结果说明STRC帧的未知行为关节。

2。材料和方法

2.1。样本设计

在这项研究中,所有标本设计和测试过程中指定的标准中国混凝土设计规范(GB 50010 - 2010(囊,2010))和规范的测试方法测试的抗震建筑(JGJ101 96(囊,1996))和混凝土结构(GB50152 92(囊,1992))。变量的标本的轴向压力比和钢的核心区域。所有五个关节设计规模;规模比例是1:2。J-1-J-5标本数量。J-1-J-3、和弦和腹侧栏的配置是相同的,而轴向压力比是不同的。j4的中心位置成员不配备交叉斜腹角钢,而中央的位置J-5成员配备L40×4角钢。具体的细节标本展示在表1。关节标本的设计如图1。

2.2。测点布置和加载条件

组件加载的过程中,电液伺服系统的执行机构自动记录列的荷载位移曲线。应变读数的和弦酒吧和斜杆角度都在每个测点应变仪采集的。具体测点布置如图2。是画在白色混凝土表面裂缝和污点。如图3核心地区,剪切变形记录由两个LVTDs安排在45°角节点核心区域(19]。

50 T液压伺服系统执行机构用于循环荷载,加载和节点位置的列。具体加载装置如图4,测试网站图如图5

传统的加载方法包括控制力载荷和位移控制加载。控制力加载通常用于标本与高刚度和位移控制加载用于成员,并有很强的位移灵敏度。之后,结合各自的特点、力-位移混合控制方法的出现(20.]。这个测试中采用的加载系统-位移混合控制加载系统的规范中指定测试方法测试的抗震建筑(JGJ101 96(囊,1996))。具体加载标准如图6。加载过程分为两个阶段。试样的屈服之前,控制力使用加载和位移控制加载试样屈服后使用。采取相对应的位移屈服载荷为每个加载的步骤。每个级别的负载重复过一次屈服,屈服后的三倍。

2.3。材料特性

年级的C30混凝土用于标本;表中给出的混凝土配合比2。据中国普通混凝土的力学性能的标准试验方法(GB / t - 50081 - 2002),三套标准立方体试块的优势将在相同的养护条件下测量之前,组件测试;这项研究的结果发表在表3。使用的角钢和钢板梁和柱框架Q235。角钢和钢接头的力学性能进行测试根据中国金属材料在室温下的拉伸试验方法(GB / T 228 - 2010);这项研究的结果发表在表4。

2.4。实验观察

2.4.1。加载过程和现象

选择组件j - 1描述关节的破坏过程。首先,175 kN的轴向力是应用于列的顶部。然后应用于往复循环荷载列的水平方向。致动器的头部是正的向外方向(标记为“+”)。当负载增加+ 36 kN, 2垂直细裂缝出现在左边梁的底部。当负载增加到36 kN−2细裂缝出现正确的梁的底部,这是对称的裂缝出现在左边梁的底部。同时,微妙的离开梁裂缝关闭。当负载增加到+ 84 kN,所有在反向加载封闭裂缝,裂缝的底部左侧梁略在原来的基础上扩展。当负载增加到+ 105 kN(此时位移是15毫米,标记为 ),一个新的细裂纹出现在左边梁的底部。原始裂纹进一步扩展。最长的裂纹长度大约是12毫米。第一个上裂纹出现在上部的梁,14毫米的柱边。第一次斜裂缝出现在核心区域,与大约95毫米的长度。当位移增加 ,第一个裂纹出现在左边梁的上部。对梁的裂缝初始位置略有发展,和一个薄裂纹出现沿对角线方向相反的核心区域,长度为105毫米。原来的斜裂缝关闭。当位移增加 ,裂缝的底部左梁和的顶部右梁延长约5毫米。最初的核心地区的斜裂缝扩展迅速,和一些新的短裂纹平行于这斜裂缝出现。当位移增加 ,许多细裂缝出现沿对角线方向相反的核心区域。原来的斜裂缝继续扩展到双方。当位移增加 ,裂纹梁的一端不再扩展,而且几乎没有新的裂纹出现在核心区域。原来的斜裂缝继续发展向列结束,最大宽度为1.73毫米。当位移增加 ,没有新的裂缝出现在核心区域,而原始裂缝继续发展最大宽度为1.73毫米。当位移增加 ,核心区域的裂缝宽度增加,少量的混凝土被压碎,最长的斜裂缝延伸到大约10毫米梁柱外接口,和最宽的裂缝是2.95毫米。当位移增加 ,混凝土局部压碎对角的核心区域,最大裂缝宽度为3.88毫米。当位移增加 ,核心区域的混凝土压碎,在大面积剥落了。当位移增加 ,混凝土核心区域向外鼓和成员的承载力显著下降(承载力低于极限承载力的85%),最终测试员休息,测试结束。负载值的特征点在整个过程展示在表5。

2.4.2。裂缝分布和失效模式

裂缝分布和失效模式的STRC梁柱节点图所示7。

3所示。结果

3.1。磁滞行为

滞后曲线可以反映承载力、刚度、延性和地震能量耗散的联合。此外,它也是一个重要的抗震性能评估的基础。这项工作提出了满载排水量的能量耗散行为评估关节标本。图中给出的荷载位移滞回线8。

如图8,当加载的组件是在弹性阶段,装卸过程中的磁滞曲线变化沿原轨迹(大约),磁滞曲线的面积非常小,几乎没有残余变形。与位移的进一步增加,裂缝出现先后在梁端和核心地区。磁滞曲线面积逐渐增加,能量耗散能力的联合逐渐增加,曲线的斜率逐渐放缓,进一步和刚度降低。标本达到峰值负载后,钢桁架与混凝土之间的挤压现象发生和磁滞曲线的形状表现出大的两端和中间薄。从磁滞曲线获得在该测试中,可以看出,五个样品的磁滞曲线都是反向s型,有明显的挤压现象。这是由于表面光滑的角钢与混凝土接触面积大。和能量吸收能力降低是由于挤压效应(21]。然而,与钢筋混凝土关节相比,这一研究获得的磁滞曲线呈现一个富勒的形状及其抗震性能优于普通混凝土。

3.2。骨架曲线

连接产生的荷载位移骨架曲线的高峰值每加载步骤。骨架曲线可以直接反映结构的应力变化过程。简单的治疗之后,峰值产量和加载的结构可以获得失败。曲线可以直观地反映出力量,试件的延性和其他特征结构。研究和比较各种参数,几个骨架曲线具有相同的设计参数组合进行比较分析,如图9。首先分析表明,轴压比的增加有利于增加标本,标本的剪切能力小轴向压缩比表现出柔和的曲线和强烈的变形能力下降。例如,j - 1、j2和J-3设计具有相同形状的钢比不过他们的轴向压缩比是0.1,0.2,和0.3,分别如图9(一个)。的峰值负载J-3 (215 kN)相比增加与j2 (210 kN)。同时,峰值负载的j2 (210 kN)相比增加与j - 1 (203 kN)。然而,随着变形的增加从45到60毫米,J-3迅速恶化的承载力(从215年到201 kN)相比的j - 1(从203 - 198 kN)。第二个发现是标本的极限承载力与交叉对角线酒吧标本的核心面积大于小钢比率,标本与型钢的最终位移比相对较大,骨架曲线的下降相对缓慢。例如,j2, j4 J-5设计相同的轴向压缩比,但他们的交叉斜腹侧钢角是活用×3 0,和L40×4,分别(见表1)。从图可以看出9 (b)的峰值负载J-5 (227 kN)相比增加的j2 (210 kN)。同时,峰值负载的j2 (210 kN)相比增加与j4 (201 kN)。的最终位移J-5是98毫米,比的最终位移j4(80毫米)。第三,STRC梁柱节点的失效过程经历了三个stages-elastic,收益率,失败的骨架曲线的5个标本在弹性阶段共存。

3.3。延性系数

位移延性系数常被用来量化框架结构的延性性能,它被定义为相关的极限位移除以产生位移,表示为 在哪里是最终的位移在柱端(在这项研究中,最终的位移对应结构承载力下降到85%的峰值负载)和在柱端产生位移。此外,考虑到结构骨架曲线没有明显的转折点,屈服位移不能直接确定。在这项研究中,一般采用等效能量法(22]。具体的过程如图10。可以看出,画两条直线,产生两个相等的区域,A和B, E屈服点可以确定的荷载位移曲线的交点,一条垂直线从右上角开始23]。屈服强度是评价点E,这是坐标的值沿着P设在。所有标本的位移延性系数进行计算,并提出了在桌子上6。从表可以看出6,随着轴压比的增加,STRC梁柱节点的延性系数降低,变形能力降低,而交叉对角线酒吧的核心面积可以提高延性标本。例如,延性系数j - 1的j2,和J-3组件是2.82,2.53,和2.45,分别显示一个下降的趋势。j4的延性系数、j2和J-5组件是2.46,2.53,和2.79,分别表现出日益增长的趋势。

3.4。等效粘滞阻尼系数

能量耗散的样本容量是强调直到失败和定义可以消散的能量损失前的系统稳定性(24]。地震载荷的作用下,一个更强大的能量耗散能力框架的节点会导致产生更大的阻尼和被吸收的能量,可有效避免节点,减少损坏的房子。磁滞回线的面积封闭可以用来评估能量吸收能力。定量证明能量耗散效率,每个磁滞回线的面积在加载步骤中可以计算。然后,一个等效粘滞阻尼系数,建议考虑能量耗散(25]。计算图如图11和等效粘滞阻尼系数可以计算如下: 在哪里是阴影区域封闭滞后回路和的和地区的上下顶点的三角形对应一个滞后环。表7介绍了等效粘滞阻尼系数的第一个良性循环五个关节标本在不同加载制度。

从表可以看出7和图12所有标本的能量耗散能力关节位移增加而增加。同时,轴压比和交叉对角线酒吧在核心区域影响的能量吸收能力。例如,j2的等效粘滞阻尼系数在不同位移是0.116,0.123,0.142,0.150,和0.164,表现出日益增长的趋势。比较样本j - 1、j2和J-3,当位移达到3Δ,等效粘滞阻尼系数j - 1(0.153)大于的j2(0.142)和J-3(0.131)在相同的位移,表明相同加载下的能量吸收能力降低和轴压比的增加订单。比较j4 J-5,可以看出j4的等效粘滞阻尼系数(0.121)大于J-5的(0.092)在相同的位移,表明能量吸收能力的交叉斜腹角钢的成员共同核心却降低了在相同位移。

3.5。承载力退化

结构的承载力低周载荷作用下被降级。特别是,在位移控制阶段,测量柱端力随位移加载周期的重复(26,27]。强度退化的结构可以表示程度的退化 ,可以按照下列公式计算: 在哪里的峰值负载j^th周期下的位移我^th负载和是第一个周期的峰值负载的控制下的位移我^th负载。试样的强度退化曲线如图13。从图可以看出,在相同的控制位移发展,组件的峰值负载逐渐减少周期的数量的增加。此外,第二个周期(即强度退化。,the corresponding value of the rectangle in the figure) is more obvious than the third cycle strength degradation (i.e., the corresponding value of the circle in the figure). With the increase in displacement, strength degradation becomes increasingly obvious. This is due to the accumulation of concrete damage and gradually peeling off the work. When the final failure occurs, the strength degradation coefficients of the five specimens are all approximately 0.8.

3.6。刚度退化

的割线刚度结构作为最大水平荷载的比例在每个周期相应的位移。图14显示了五个关节的刚度退化曲线测试。如图,关节组件的刚度随满载排水量增加而减小。逐渐产生的钢骨、混凝土损伤积累,裂缝进一步发展,和刚度退化减慢,最后趋于稳定。成员的刚度与更多的钢铁核心面积更大、刚度退化是放缓。随着轴压比的增加,组件的初始刚度可以改善,但刚度退化速度加载后期期间。

3.7。构件应变分析

在低循环往复的联合测试,电阻应变仪收集和记录的应变变化相关的计量点。同时,在试验加载过程中,加载位移的列结束在关键时间节点应该在应变计。为了便于分析,相应的位移和应变值记录在第一周期加载在每个阶段的正方向,displacement-strain曲线绘制。一个简单的比较后,加载应变的变化规律的五个标本是相似的。因此,一个标本被选中来说明相关测量的应变变化规律点。

3.8。梁的应变的角钢和弦结束

典型的标本j2为例分析了弦应变的光束。梁的应变的角钢和弦图所示15。从图中可以看到,在标本位移到达屈服位移,应变与位移线性增加。后位移达到1Δ(15毫米),测点的应变出现拐点。当位移达到3Δ,压力峰值为1650 。此时,和弦角收益率。随着位移继续增加,应变测量的时候减少。这是由于裂缝的快速发展加剧了混凝土的破坏。

3.9。应变的角钢列和弦结束

典型的标本j - 1为例分析了应变的角钢列和弦结束。从图可以看出16当位移达到3Δ,和弦角钢应变峰值为1278。在整个测试过程中,列的角钢结束和弦不达到屈服强度,这是符合强列和弱梁的设计思想提出了。

3.10。纵向钢筋的应变和弦梁柱的核心区域

一个典型的标本J-5为例来分析纵向钢筋的应变和弦梁柱的核心区域。从图可以看出17在加载初期阶段,核心梁弹性的和弦。1Δ位移加载时,和弦角不以为然。2Δ位移加载时,弦应变超过了屈服应变。6Δ位移加载时,组件损伤和应变达到3850 。

3.11。应变交叉斜杆的核心区域

一个典型的标本J-3为例分析了应变交叉斜杆的核心区域。从图可以看出18cross-angle钢的应变值较大的装载。1Δ位移加载时,斜腹杆应变迅速增加至1600人 。斜棒产生和交叉斜裂缝出现在核心区域。2Δ位移加载时,角应变达到4850 。3Δ位移加载时,角应变远远大于屈服应变,和斜腹杆角进入强化阶段。随后,斜杆没有记录的应变仪由于过度的变形和损坏。应变仪读数的斜支柱验证组件的核心区域关节受到的最大应力,这是符合“弱联合”提出了。

3.12。剪切变形的共同核心区域

如图19,核心形状扭曲成一个钻石的力的作用下,低循环载荷作用下,钻石的形状取决于两个核心对角位置设置。然后使用一个位移计来测量两个方向的变形和计算剪切角,γ,根据方程(4)。表8列出了五个标本节点屈服载荷下,峰值负载,剪切角的破坏载荷。 在哪里和是衡量LVTD₁和和是衡量LVTD₂。

从表可以看出8,增加列的顶部轴向压力和增加钢铁核心区域的数量可以减少剪切变形在核心地带。这是由于轴向压力增加相当于一定约束的核心区域联合和裂缝发展并不容易。同样,cross-angle钢的存在能吸收一部分水平剪切力的核心区域,和混凝土的开裂和变形将推迟。

3.13。计算STRC梁柱节点的抗剪能力

3.13.1。计算水平剪切力的共同核心区域

联合的力量图如图20.。在图20., 是拉弦梁一端的压力;和是拉伸梁下弦杆的一端的压力;是列的水平剪力,它的值是所应用的负载值列结束;是梁支座反力;MB1和MB2梁的弯矩结束;和是上、下柱的弯矩结束,分别;和之间的距离的位置上下的反向弯曲点列,分别和联合的核心区域;和是梁截面的高度。

核心区域的横向剪切力公式如下:

根据方程(5),水平剪切力核心地区的五个组件的节点测试得到,表中列出9。

3.13.2。抗剪能力计算的核心联合区域

梁柱接头的剪切能力STRC来源于两部分:cross-inclined栏和混凝土。水平地震作用下,外力载荷的轴承元素之间的转移力,最终导致失败后产生的轴承元素。

的剪切能力斜栏STRC关节可以用来计算普通钢筋混凝土的钢筋弯曲。剪切力由斜条等于它的组件在水平方向力值,如图21,计算如下: 在哪里是贡献值cross-angled酒吧的剪切承载力的核心区域,斜梁的抗拉屈服强度,然后呢是斜梁的横截面积之和的核心区域。θ之间的角斜杆和水平。

根据混凝土的应力机制巴洛克式的酒吧在核心地区,混凝土的抗剪能力的贡献STRC关节可以表示如下H相当于混凝土斜压杆的宽度在核心区域的关节吗是有效剪切高度联合的核心区域;和它的值是 。 混凝土的抗压强度在联合的核心区域。θ是斜压杆与水平面之间的夹角。

根据不同的接头类型,H可以表达的一定比率的对角线的核心地区,可表示如下,在哪里柱截面的高度,其价值等于联合的高度 ; 梁截面的高度,可以表示成一定比例的柱截面高度;也就是说, 。

让 。然后,混凝土的抗剪承载力的共同核心区域可以表示为 在哪里是待定的系数表示混凝土的剪切影响系数,综合约束效应的核心区域的列顶部混凝土接头轴向压缩接头;这可以通过减去水平限制剪切的核心区域的联合抗剪贡献价值交叉斜杆的计算。具体待定系数可以从以下几点:

通过初步的数据分析,发现轴向压缩比的影响n应考虑确定系数 。因此,通过使用软件起源,待定系数之间的关系和轴向压缩比N在不同参数是通过线性拟合。拟合结果如图22,具体表现如下: (在这里,N是轴向力设计顶部的列,是净混凝土柱截面的面积,一个_党卫军角钢面积之和的列段和弦,然后呢的抗压强度是角钢)。

这一研究获得的抗剪承载力公式推导出在单调加载。考虑到低循环往复作用下的峰值负载测试略低于单调模拟负载,稍微削弱STRC梁柱节点承载力的计算时,建议使用以下公式:

总之,桁架SRC梁柱节点的抗剪承载力由叠加的剪切能力核心区域和斜杆的剪切能力的混凝土。特定的抗剪承载力公式如下:

3.13.3。抗剪承载力公式的验证核心联合区域

根据表10,使用斜压杆模型计算STRC梁柱节点的抗剪承载力是在良好的协议与测试结果;因此,公式可以应用于类似的抗剪承载力计算空腹SRC结构。

4所示。结论

在这个实验中,低循环往复加载测试五个关节标本,进行加载和失败过程观察。通过荷载位移滞回曲线记录的致动器,不同的参数对延性的影响,能量耗散能力、刚度退化、和强度退化的关节进行了分析。此外,应变和位移的关键部分是收集的应变和位移计来验证混凝土力、变形和破坏过程的标本。具体结论如下:(一)这种类型的标本的荷载位移滞回曲线显示缩放现象,本研究中使用的角钢平滑的表面比一个普通的钢筋与混凝土的接触面积更大,导致混凝土和钢骨之间的滑动。样品的磁滞曲线j4相对完整,和债券之间的关系核心地区的钢骨与混凝土很好。(b)试件的承载力和延性可以有效地改善通过设置交叉斜杆角钢在核心区域的联合钢铁,而刚度大,降解缓慢。(c)轴向压缩比有利于增加试件的承载力,但是其能量耗散能力和延性下降。(d)的计算结果提出了抗剪承载力公式的关节STRC梁柱框架低于模拟值与实验结果有很好的一致性。因此,它是安全的和合理设计的抗剪承载力关节根据斜压杆模型。

数据可用性

测试数据都包含在这篇文章,可以免费提供。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文中描述的工作是支持由中国国家自然科学基金(批准号51578478),江苏省自然科学基金(批准号BK20201436)、中国博士后科学基金会(项目没有。2018 m642335),江苏建设系统的科技项目(批准号2018 zd047),蓝色的项目青年学术领袖江苏省高校(2020),和江苏省六大人才高峰计划(生理- 038,2016)。