钢混凝土组合梁钢框架节点实验方案_钢结构节点试验方案

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-混凝土组合梁钢框架节点拟静力实验方案

大跨空间结构学科

钢

一、实验概况与实验目的 在最近的三十年中，我国钢结构进入了一个飞速发展的阶段，尤其是钢框架结构，其具有重量轻、强度高、延性大、抗震性能好、施工速度快、结构净空和跨度大、综合经济指标好等显著的优点，在越来越多的建筑中得以应用。但在1994年美国Northridge地震和1995年日本Kobe地震中，大量的钢框架梁柱连接节点发生了意想不到的脆性破坏，使得工程师和研究者将目光投向了钢框架节点地震脆断机理和抗震性能的研究，以防止节点在地震作用下的脆性断裂及相关破坏，改善节点抗震性能，完善节点抗震设计理论和设计方法，提出抗震对策。试验方法：一般来说，梁柱节点试件可取承重框架梁柱反弯点之间的一个平面组合体。这样边界条件容易模拟，只水平或垂直方向的力，而没有弯矩。反弯点的位置可由框架受荷情况的弯矩图大致确定。柱子的反弯点一般在楼层中部，梁的反弯点当为水平荷载时在梁的中部，当为竖直均布荷载时约为跨度的1/3-1/4。对栓焊连接组合节点进行足尺加载试验，研究节点在低周往复循环荷载作用下的承载力、刚度、变形能力、耗能能力、恢复力模型和破坏模型等，同时考察节点的参数变化对受力性能和耗能能力的影响。在试验研究的基础上进一步验证和改进节点的数值计算模型。

二、材料试验

(1)钢材和钢筋试验

进行材料试验以测定钢材的实际强度和应力应变关系，所用材性试验和节点试件同属于同一批钢材和钢筋。试件采用Q235结构钢材，钢材拉伸试件为矩形试件，按照现行试验规范加工标准试样：标距为200mm，截面宽度为20mm，厚度为5mm。测试内容包括屈服强度、屈服应变、弹性模量E、抗拉强度

(2)混凝土立方体试验

混凝土楼板采用C30混凝土，在试件制作的同时，都预留了用于材性试验的混凝土试块。按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）的要求，养护150mm的立方体试块，在试验当天测定混凝土的材性，包括立方体强度、弹性模量E。

(3)高强螺栓

根据制造商提供的产品质量保证书。

三、试件设计 1.试件节点设计（1）梁柱截面设计 进行四个试件的试验，试件试验选取了常规承重钢框架梁柱反弯点之间的一个平面组合体，试件采用主框架平面的十字形足尺模型，试件共制作四个，钢节点采用《建筑抗震设计规范》规定的标准型节点，构造图如图一所示

图一 节点构造图

《建筑抗震设计规范》中为了保证梁柱板件的局部稳定性，对板件的宽厚比进行了限值：对于Q235钢，8度以上抗震设防烈度，工字型截面梁翼缘外伸部分，梁腹板腹板。其中

；工字型截面柱翼缘外伸部分和分别代表梁和柱翼缘板外伸部分长度，和

分别代表梁和柱腹板计算高度，柱和和

分分别代表梁和柱翼缘板厚度，别代表梁和柱腹板厚度。

标准试件梁截面采用：工字型400150812；柱截面采用：工字型4603001216。经验算能满足《建筑抗震设计规范》中所规定的梁柱板件的宽厚比限值要求。

(2)梁、柱、剪切板间的连接

梁翼缘与柱翼缘之间的焊缝采用全熔透坡口焊，E43型焊条，焊缝质量Ⅰ级，剪切板与柱翼缘之间在工厂用双面角焊缝连接。梁腹板与剪切板用四个10.9级M20摩擦型高强度螺栓连接，构件接触面处处理采用喷砂后涂无机富锌漆，抗滑移系数为0.35.为增加节点板域刚度，在柱上加两块加劲肋板，厚度与梁翼缘相同，与柱腹板和翼缘之间采用角焊缝连接。梁翼缘与柱翼缘之间为焊接方便，在梁翼缘焊接坡口下方点焊固定一块焊接衬板。(3)焊接孔设计

采用国内惯用的形式，在梁翼缘角部挖去一个半径为35mm的四分之一圆(4)2.组合楼板设计(1)板厚选择

本次试验不采用压型钢板，结合实际工程通常使用的板厚，楼板厚度取为120mm(2)有效宽度

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003的规定，混凝土翼板的有效宽度下式计算：

应按板托顶部的宽度：当无板托时，则取钢梁上翼缘的宽度

梁外侧和内测的翼板计算宽度，各取梁跨度l的1/6和翼板厚度倍中的较小值

故安全可以取的6

。考虑试验实际条件，偏于(3)纵向配筋

对于组合节点来说，参照《钢结构设计规范》GB50017—2003的规定，节点主要在抗震中处于负弯矩区，因此先考查节点在负弯矩下的配筋，并以此为标准，同时在此状态下考虑正弯矩的性能

≤

a、参照文献[] 12

E=2.0

38

E=2.03

钢材屈服强度

混凝土

屈服强度=1419με

E=207989N/

E=34270N/ 对于工字型梁截面尺寸如图所示

其面积A=6608

梁的弹性极限弯矩

全截面屈服时的塑性极限弯矩

=、—钢梁塑性中和轴以上和以下截面对该轴的面积矩 故

b、混凝土板的换算宽度

在长期荷载作用下混凝土板得换算宽度，其中,c、换算截面中和轴位置。

d、选取钢筋

12@100(共九根)

（12@80(共11根)

60.96mm）

（e、考虑正弯矩性能 Af=6608312.93=2067.84kN，kN，74.5mm）Af>，故塑性中和轴在钢梁内。

(4)螺栓及焊缝抗剪验算

a、高强螺栓10.9M20 预拉力设计值P=155kN。剪切板和梁腹板单剪连接，构件接触面的处理方法采用喷砂后涂无机富锌漆，摩擦面的抗滑移系数μ=0.35.计算单个螺栓抗剪承载力设计值，四个螺栓传递剪力值。

混

凝

土

板

传

递

剪

力

值，所以节点截面能够承受的剪力值b、剪切板与柱翼缘采用双面角焊缝连接 最小焊脚尺寸最大焊脚尺寸取焊脚尺寸单条焊缝有效长度

c、抗剪连接件

在钢与混凝土组合梁中，应用最普遍的柔性连接件是带头栓钉，如图所示。焊接承受拉应力翼缘的栓钉连接件的直径不应超过翼缘板厚度的1.5倍。带头栓钉其圆头的直径不小于杆直径的1.5倍，头部的高度不小于杆径的0.4倍。而且根据《钢结构设计规范》GB 50017-2003中关于抗剪连接件的构造规定，栓钉长度不应小于其杆径的4倍，带头栓钉直径d一般为13~25mm，长度h一般为65~100mm。所以选定带头栓钉的尺寸为1680，满足各项构造要求。带头栓钉其圆头直径头部的高度，取，取=25mm。保护层厚度为40mm，大于规范中规定的最小15mm。d、受剪钢筋计算

采用10@100的HPB235钢筋

3、试验装置和量测内容

梁柱节点试验常用的加载方法有两种—柱顶施加水平荷载（简称柱端加载法）和梁端施加竖直荷载（简称梁端加载法）。这两种加载方法的主要区别是：水平加载法可以考虑结构的效应，而竖向加载法不能考虑结构的效应；水平加载法的试验结果可以反映结构的层间位移或层间位移角，而竖向加载方法不能反映结构的层间位移或层间位移角，层间位移或层间位移角是结构抗震验算时的一个重要指标；水平加载法的试验装置往往较竖向加载法的试验装置复杂。采用柱端加载法时，往往要用层间位移角来评定节点性能的优劣，节点试件中的柱的高度和梁的长度均应按框架的实际几何尺寸取值，或者按框架的实际尺寸通过相似比来确定节点试件中柱的高度和梁的长度，否则就无法用层间位移角来评定节点性能的优劣。采用梁端加载法时，节点试件中柱的高度和梁的长度取值较为灵活；一般的，柱的高度或者梁的长度应能保证试验过程中柱或梁不发生剪切破坏。根据此次试验的研究目的、试验条件和经济条件，确定此次梁柱节点试件试验采用梁端加载。

试件柱竖直放置，限于加载条件，没有施加柱的轴向荷载。柱端分别由连接件和高强螺栓固定。梁端由竖向放置固定于丝杠上的上下四个千斤顶轮流施加压力，在梁端施加竖向低周往复循环荷载，直至构件完全破坏，同时计算机同步采集各测点的位移、应变等测量值。在这种边界条件下，上下柱反弯点为不动铰，梁反弯点为自由端，忽略了柱子位移时的性铰和核心区为主要研究对象。

效应，以梁端塑

（图示中的数据还需更改）

a、加载方法 根据《建筑抗震试验方法规程》 JGJ101-96相关内容的规定：正式试验前，应先进行预加反复荷载试验两次；混凝土结构试体预加值不宜超过开裂荷载计算值的30%。试体拟静力试验的加载程序应采用荷载——变形双控制的方法：

1)试体屈服前应采用荷载控制并分级加载接近开裂和屈服荷载前宜减小级差进行加载。

2)试体屈服后应采用变形控制变形值应取屈服时试体的最大位移值并以该位移值的倍数为级差进行控制加载。

3)施加反复荷载的次数应根据试验目的确定屈服前每级荷载可反复一次屈服以后宜反复三次