文摘
本文旨在研究多个复合芯柱的抗震性能关节。压力机制的影响,轴向压缩比、失效模式和剪跨比,滞回性能和抗剪能力的多个组合核心柱研究了关节通过low-reversed循环荷载试验的三个专门设计和制造多个组合核心柱关节。角比方法用于计算纵向系杆的有效面积,和基于机制的软化方法酒吧,接头的抗剪承载力计算公式与多个复合核心建立列。此外,它也验证了本文的测试数据。实验结果表明,当轴向压缩比从0.26增加到0.45,在梁裂缝的数量和宽度减小。当剪跨比的增加从1.67到2.22,在联合梁裂缝的数量和宽度增加。比率的平均值和标准偏差测量值和计算值之间的剪切能力是0.97和0.16,表明该计算方法与实际值有很高的协议和强大的工程应用。
1。介绍
梁柱节点中扮演重要角色的传输和分布内力和也的关键结构框架结构的抗震性能。大多数的普通钢筋混凝土梁柱节点脆性破坏,不利于抗震稳定性的结构(1- - - - - -3]。探索一种新型的强化和提高内力的传输和分配框架,研究人员已经受到了人们足够的重视。近年来,多个复合强化核心列可以有效地保障实现“强列和弱梁”,有良好的抗剪承载力和抗震性能在地震作用下,它的研究吸引了越来越多的关注。核心指标的抗震抗剪能力尤为重要,许多研究人员已经做了一系列的研究(4- - - - - -12]。
你等。13)全面分析了众多国际框架的地震测试关节,发现纵向钢筋的应力状态之间的重要关联后产量和纵向钢筋的数量影响接头的抗剪承载力,并提出了抗剪承载力公式的失败型关节。邢et al。14- - - - - -16)提出了一种改进的计算模型与正交梁钢筋混凝土关节模型的基础上的软化方法酒吧17,18]。杨(19]研究了轴向压缩比的影响,箍筋间距、箍筋率、箍筋形式多个组合核心柱的抗震性能,提出了相应的抗剪承载力的计算公式和设计建议。Wakabayshi et al。20.)和Omine et al。21)发现,空心柱的抗震性能明显优于普通钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的研究。Kadoya et al。22]发现列与核心列的初始刚度和强度是普通钢筋混凝土柱的1.2倍。目前,国内外大多数的联合研究是由钢筋混凝土梁柱节点形式的普通钢筋。尽管复合核心柱的抗震性能研究已经取得了一些进展,很少有报道复合核心柱的抗震性能,特别是抗剪的计算能力需要进一步研究。
基于上述分析,本文进行了pseudostatic测试在梁柱节点组成的多个组合核心柱,分析了轴压比和剪跨比的影响关节的抗震性能,并提出一个公式计算的抗剪能力多个组合核心柱关节基于软化机制张力和压缩棒。它提供了参考的推广和使用此类节点在工程建设。
2。材料和方法
为了避免单一造成的应变数据,三个钢筋混凝土梁接头与多个复合核心列准备并行测试。每个节点的梁截面尺寸为150毫米×380毫米,柱截面尺寸为400毫米×400毫米,和梁和柱的混凝土保护层厚度为20毫米。标本BCJ-1, BCJ-2, BCJ-3被设计和制造以轴压比和剪跨比为变量。特定的维度和强化中可以找到数据1和2和表1。
中使用的测量混凝土立方体抗压强度测试是58.6 MPa,和测量材料属性的钢筋直径不同,如表所示2。
静态加载方法如图3在本文的实验。加载过程主要分为以下两个步骤:(1)垂直荷载应用于列的顶部节点由一个液压千斤顶。第一个应用程序的轴向压力的0.4倍,以确保设备不放松,然后另外两个周期的0.4倍。最后,轴向压力顶部的列是1时间和保持不变。(2)水平位移荷载通过致动器应用于联合列结束。前正式加载5 kN力量被用来推和拉联合标本三次加载试验,确保每台设备的正常工作,采集系统和固定装置。完整的系统测试正常工作后,水平荷载返回0。水平位移的初始加载步长是2毫米,4毫米,6毫米,8毫米,10毫米,然后步长保持10毫米。大小每一步都是重复三次,直到样品损坏或水平荷载小于0.85倍的峰值负载,和装运完成。负载的振动频率是模拟地震载荷,如图4。
3所示。结果与讨论
3.1。现象和失效模式
多个组合核心柱关节,框架列总是在弹性阶段,和列的核心领域和关节没有明显损坏的往复作用下水平位移加载。加载过程,渗透裂缝出现在梁柱连接,和交叉斜裂缝出现在梁结束离开的边缘列。混凝土在这个领域逐渐碎裂和随后的加载,和明显的塑料发生故障时,梁的边缘远离列。每个样品的失效模式数据所示5来7。
它可以发现裂缝的数量和宽度在梁下降随着轴压比的增加从0.26(节点BCJ-1)到0.45(节点BCJ-2)当标本损坏。然而,失败的水平位移是恰恰相反。BCJ-1节点的水平位移是70毫米,而BCJ-2节点是50毫米。这是因为轴向压缩比的增加将导致混凝土联合的核心受到更大的压缩,从而延迟裂缝的生成在梁和柱联合的核心。结果表明,增加轴向压缩比可以延迟梁端裂缝的发展,但降低延性地震载荷下的联合。同样,当剪跨比的增加从1.67(节点BCJ-1)到2.22(节点BCJ-3)的数量和宽度增加关节骨折。这是因为当剪跨比的增加,关节的二阶效应越来越明显,这加剧了梁端裂缝的生成和发展。,红色标记修订后的手稿。增加了剪跨比将加速关节骨折的生成。
3.2。滞回行为
每个试件的滞回曲线所示8来10。在加载的早期阶段,每个关节的滞后环面积和残余变形很小,试件的刚度退化并不是显而易见的。磁滞回线的面积和残余变形与荷载的增加逐渐增加。水平位移载荷达到高峰时,关节的刚度明显降低。连续加载,曲线的磁滞回线面积增加,各级最大负载开始减少,和曲线的上升部分往往是温柔。三个样品的磁滞曲线节点都显示一个轴的形状没有明显的挤压,和负载强度和试件刚度不显著降低时,每次加载负载相同的水平。循环荷载作用下框架的累积损伤关节各级很小,和残余变形的关节各级循环加载下统一后峰值负载。然而,梁柱节点的荷载位移滞回曲线与普通钢筋形式大多呈现弓和反“S”型(23- - - - - -25],它证明了multicomposite核心柱关节的梁柱节点抗震性能比普通钢筋的形式。
骨架曲线的节点指的是第一个节点的负荷曲线和滞回圈的峰值点滞后环曲线作用下的低循环往复加载。骨架曲线的峰值点的线每一个滞后环在低循环往复加载如图11。关节初始框架的刚度增加21.6 kN /毫米,约103.5 kN的高峰负载的增加,当轴向压缩比从0.26增加到0.45。随着剪跨比的影响,节点的初始刚度减少约1.3 kN /毫米,约22.9 kN的峰值,当剪跨比的增加从1.67到2.22。结果表明,轴向压缩比的增加可以显著提高复合芯柱的初始刚度和峰值负载关节,而剪跨比是恰恰相反。
3.3。的水平剪应力计算节点
节点的受力分析如图12。
(一)
(b)
上半部分的节点作为隔离体,和横向剪切力平衡节点的有以下关系:
根据几何关系,垂直节点的剪切力 在哪里节点的水平剪力,是梁的钢筋的拉伸力右边的节点,然后呢左边是梁的压力。
的方向和被认为是一致的,虽然不一定在实际的力量,简单的计算。水平剪切力在列结束节点,等于负载水平加载的价值。和是在梁的弯矩;和内部时刻武器的梁和柱,分别中心线之间的近似距离上下梁纵向钢筋的计算了吗 。
平衡节点的弯矩,可以得到以下方程:
其中,
方程(6)(8)可以推导出如下: 在哪里和在上下柱弯矩结束;反弯点之间的距离的上部和下部列;和反弯点之间的距离的上部和下部列和联合的核心区域,分别;和是梁的截面的高度。
三个节点上的剪切力在水平方向上最终计算,如表所示3。
4所示。基于软化方法的抗剪能力计算公式模型
整个结构的复杂力学行为抽象成一个相对简单的strut-and-tie模型通过压缩混凝土压缩支柱;和钢筋拉力带领带夹。简化软化strut-and-tie黄教授提出的模型是一个模型Shijian beam-and-column接头的抗剪承载力计算的基础上软化strut-and-tie模型(26,27]。软化strut-and-tie模型的示意图如图13。模型由斜、水平和垂直部分。斜的部分是由斜压杆,斜压杆之间的夹角和水平轴θ;水平部分由一个水平系杆和两个温柔压缩struts,箍筋在节点组成的;垂直部分由一个垂直系杆和两个陡峭压缩struts,这是由纵向酒吧的列15]。具体的计算方法和计算过程如下:
(一)
(b)
(c)
这个模型的水平抗剪承载力,Vj计算如下: 在哪里之间的夹角是斜压杆和水平方向上,可以由以下方程:
为方便计算,和方程中假定为中心线之间的距离的最外层钢筋梁和柱,分别和倾斜方向和大小的斜压杆联合区和主压应力的混凝土核心地区被认为是相同的。
该地区斜压杆的计算如下: 在哪里和是有效的斜压杆的高度和宽度,分别由以下方程: 在哪里是梁截面的受压区高度和是高度的压缩区柱截面,可由以下方程: 在哪里梁截面宽度,柱截面宽度,梁截面高度,柱截面高度,是轴向压力,决定根据测试,柱截面尺寸,的抗压强度是混凝土缸。根据转换公式的“标准测试方法的具体的物理和机械性能”(GB / t50081 - 2019) [28),混凝土立方体抗压强度的转换成圆柱体的抗压强度。张力/压杆系数。黄教授Shijian [26建议以下方程计算: 在哪里水平系杆系数和吗是纵向系杆系数。两个的值显示在以下方程: 在哪里的产品水平系杆的面积和相应的钢筋屈服强度的产品区域的纵向系杆和相应的钢筋的屈服强度。如果系杆由不同类型的钢筋,和将不同类型的产品的总和。
的平衡系数水平系杆和是纵向系杆平衡系数,可以计算如下: 在哪里的比值水平系杆的横向剪切应力节点和是纵向系杆的比例水平节点的剪切应力,可以计算如下: 的平衡张力水平系杆,然后呢平衡张力的垂直的领带夹。他们可以由以下公式计算: 混凝土的软化系数在压缩,可以计算如下:
修改strut-and-tie模型的主要计算步骤如下:(1)确定相关参数的节点: , , , , , , , ,和 。考虑到所有的箍筋在关节关节不产生失败,联合区域仅仅是除以力量。马镫的面积在中间参与力量,只有一半的钢筋的面积在双方参与的力14]。参见图14为特定的区域。纵向系杆由纵筋的列,和纵筋的钢筋分区参与力如图15。它由核心柱纵向钢筋和纵向钢筋的矩形柱。根据应力区,计算方法一个电视如下: 在哪里纵向系杆的有效面积,有效面积的矩形柱的纵向钢筋,是核心的纵向钢筋的有效面积列,的有效表面纵向钢筋的外核列,然后呢的纵向钢筋的有效区域内核心柱。(2)计算高度的压缩区联合梁截面(方程(16))。(3)计算的高度压缩区联合专栏的横截面(方程(17))。(4)计算有效高度的斜压杆联合区(方程(14))。(5)计算有效宽度的斜压杆接头面积计算,(方程(15))。(6)计算软化系数混凝土(方程(23))。(7)计算和(方程(21))。(8)计算和(方程(20.))。(9)计算和(方程(22))。(10)计算和(方程(19))。(11)计算(方程(18))。(12)计算(方程(11))。
对比计算结果和测试结果的剪切能力三个多个组合核心柱关节(根据上述步骤计算)如表所示4。平均值和标准偏差的计算值和测量值之间的比例分别为0.965和0.16。可以看出,抗剪承载力的计算值基于软化方法杆模型是在良好的协议与实验值。结果表明,它是可行的使用角度比纵向钢筋的有效面积计算的核心。
5。结论
(1)根据实验研究,多个组合的三个标本核心柱关节都被塑料铰链梁的一端,符合抗震设计的“强列和弱梁”,最好与普通梁柱节点抗震性能比较。(2)关节标本的磁滞曲线尽显满轴形状,和磁滞回路相对完整。增加轴向压缩比可以显著提高初始刚度和峰值负载的关节,同时增加了剪跨比会导致轻微下降,初始刚度和峰值负载。(3)当修改后的软化方法酒吧模型是用来计算的剪切关节,有效面积的计算方法的垂直方法条适合多个组合提出了核心柱。与试验结果相比,模型值略低于试验值,这表明该方法的计算结果更安全设计框架的抗剪承载力时关节和可以提供一个理论依据实际工程的结构设计。数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关这项研究的出版物。
确认
这项研究是由中国国家自然科学基金资助(没有。51868073),它支持是感激地感谢。