SRC实腹式T形节点抗震性能概述

王 博,刘兴海,徐再修,朱文凭,王 玮

(1.西安建筑科技大学,陕西西安 710055; 2.威海市安兴建设监理有限公司,山东威海 264200)

SRC实腹式T形节点抗震性能概述

王 博1,刘兴海2,徐再修1,朱文凭1,王 玮1

(1.西安建筑科技大学,陕西西安 710055; 2.威海市安兴建设监理有限公司,山东威海 264200)

通过 3个配置型钢的实腹边柱节点在周期性反复荷载作用下的试验,得出了在不同轴压比、配钢率与核心区面积影响下的节点的滞回曲线、骨架曲线与抗震性能相关数据,从而得出实腹式节点的抗震性能。

实腹式; SRC; 抗震性能

1 试验概况

试验设计了3个实腹式T形节点,编号列为:TJ-1、TJ -2、TJ-3。试验的变化参数有:轴压比、肢高肢厚比、梁的配钢形式,其中 3个试件的轴压比大小分别为:0.2、0.3、0.4。肢高肢厚比分别为:4、2、3。试件的截面形式参见图 1。

本试验在柱顶施加低周反复荷载,为了使试验结果更加接近于理论结果,采用荷载加载与位移加载相结合的加载方式,以节点定义的屈服荷载为分界:未达到屈服荷载前采用荷载控制加载,各级荷载增量步约为 20 kN并进行一周的循环;达到屈服荷载则将加载方式转变为位移加载,增量为屈服荷载所对应屈服位移的倍数,即 1Δy、2Δy、3Δy……分级,每级荷载循环 3次,直至荷载下降到最大荷载的 85%左右认为构件破坏。

2 实验结果

2.1 试验的破坏形态

图1 试件梁柱截面图

试验的破坏形态大致可分为梁端塑性铰破坏与核心区剪切破坏,各试件破坏形态参见图 2所示。根据破坏形态可知, TJ1与TJ3为梁端塑性饺破坏,TJ2为核心区剪切破坏。

2.2 试件荷载 -柱端位移滞回曲线与骨架曲线

2.2.1 滞回曲线

根据图3可知,SRC异形柱框架T形节点的滞回曲线具有以下特点。

(1)当水平荷载较小时,混凝土处于线弹性阶段,力-位移曲线成弹性变化,滞回曲线包围的面积很小,在荷载往复作用过程中,刚度退化不明显,残余变形也很小,节点核心区处于弹性阶段。

图2 各试件破坏形态

图3 实测节点滞回曲线

图4 节点的骨架曲线

(2)随着荷载的增加,梁上和节点核心区裂缝逐步增多,滞回曲线开始向位移轴倾斜,滞回环包围面积也逐渐增大,随着荷载的逐步增大,试件的刚度退化越加明显,节点核心区进入弹塑性工作阶段。

式（6）中：表示为电感电流状态平均量；为电容两端电压状态平均量；为输入电压状态平均量；为输出电压状态平均量；为占空比状态平均量。

(3)当荷载加载到极限荷载过程中,节点的残余变形越来越大,在同一位移量级循环中,后两循环位移的荷载值较第一次低,表明了节点存在强度退化现象,而且在同一位移量级下,滞回环包围面积略有减少,这表明试件耗能能力的退化,该退化性质也反映了试件累积损伤的影响。

2.2.2 骨架曲线

根据图4可知,SRC异形柱框架T形节点的骨架曲线具有以下特点。

(1)从图中可以看出试件的极限荷载大小顺序分别为TJ1,TJ3,TJ2。说明节点的极限荷载大小虽受轴压比等因素的影响,但对于配钢量差异不大的节点来说主要取决于柱肢的截面面积。

(2)试件TJ1与TJ2的轴压比分别为0.2和0.3,肢高肢厚比分别为 4和 2。由于一定程度上轴向压力的存在会减小节点的延性,而相比TJ1和TJ2骨架曲线下降段,TJ2的曲线明显比TJ1平缓,即延性优于TJ1。所以可以得出节点的延性随着肢高肢厚比的增大有下降的趋势。

(3)试件TJ1与TJ3的骨架曲线达到(极限荷载)后下降幅度较大,说明梁端塑性铰破坏致使节点核心区混凝土的限制作用减弱,节点的刚度退化幅度大于核心区破坏的 TJ2,变形能力也相对较差,因而TJ1与TJ3的延性相对TJ2较差。

2.3 节点的耗能性能

本实验应用结构的等效粘性阻尼系数来研究结构的抗震性能。各试件的等效粘性阻尼系数参见表 1所示。

由表1数据可以看出,在极限荷载时,SRC异形柱框架T形节点的等效粘滞阻尼系数在 0.15左右,破坏荷载时,等效粘滞阻尼系数均大于 0.2;而矩形截面钢筋混凝土梁柱节点在极限荷载时的等效粘滞阻尼系数在 0.1左右,型钢混凝土异形柱框架节点的耗能能力较普通钢筋混凝土框架节点有较大幅度的提高。

2.4 节点的延性系数

延性系数是反映构件非弹性变形能力的重要参数,它是反映构件塑性变形能力的重要指标,也是衡量抗震性能好坏的指标之一。延性系数包括位移延性系数、曲率延性系数以及转角延性系数。本实验采用位移延性系数,参见表 2所示。

从表 2中可以看出,此次试验试件的位移延性系数均大于 2.0,优于普通钢筋混凝土异形柱框架节点的延性,比钢筋混凝土结构具备更高的抗震性能。但由于节点的柱肢相对较薄,所以其位移延性系数略逊于相同条件下矩形截面型钢混凝土梁柱节点。

3 结 论

对以上试验结果进行综合分析,可以得出以下结论:

(1)实腹式SRC框架T形节点无论在核心区初裂荷载、屈服荷载、极限荷载、破坏荷载都比相同条件的普通钢筋混凝土 T形节点大,这说明在异性柱中加入型钢,能大大提高节点的强度。

(2)各试件的柱端荷载 -位移滞回曲线饱满,无明显捏拢现象出现,说明实腹式SRC框架T形节点有良好的耗能能力,抗震性能良好。

(3)通过各试件的等效粘滞阻尼系数与延性系数的对比可以看出,SRC框架T形节点的延性及耗能能力优于同条件的钢筋混凝土 T形节点,说明型钢的加入增大了节点的延性和耗能能力。

(4)从节点的骨架曲线可以看出,在轴压比差异不大的情况下,节点的延性随着肢高肢厚比的增大有下降的趋势。

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2010-03-25