鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中防屈曲支撐連接節(jié)點(diǎn)的損傷控制研究論文
防屈曲支撐正在被越來越廣泛地應(yīng)用于我國既有建筑結(jié)構(gòu)的抗震加固和新建建筑的地震防御。與日本、美國等抗震先進(jìn)國家相比，我國在將防屈曲支撐應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了更多的工程嘗試。然而，由于混凝土構(gòu)件具有局部抗拉性能差的特點(diǎn)，在將鋼制防屈曲支撐在混凝土構(gòu)件相連時(shí)，其連接節(jié)點(diǎn)的受力狀態(tài)較為復(fù)雜。國內(nèi)近年來對(duì)此開展了一些有針對(duì)性的研究，提出并通過試驗(yàn)檢驗(yàn)了在鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)埋置節(jié)點(diǎn)板的連接方式。另一方面，當(dāng)將防屈曲支撐的節(jié)點(diǎn)板設(shè)置于梁、柱節(jié)點(diǎn)的一隅而同時(shí)與梁端和柱腳相連接時(shí)，框架梁、柱的變形將使節(jié)點(diǎn)板處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)中；節(jié)點(diǎn)板也會(huì)對(duì)框架梁、柱的變形性能產(chǎn)生影響。為避免這兩方面的不利影響，有學(xué)者提出將防屈曲支撐只與梁端相連，而不與框架柱發(fā)生任何接觸，如日本學(xué)者提出的采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼棒將防屈曲支撐節(jié)點(diǎn)板緊固在梁端側(cè)壁的做法如；美國學(xué)者針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)提出的“非約束節(jié)點(diǎn)板”的做法。我國《建筑結(jié)構(gòu)消能減震（振）設(shè)計(jì)》標(biāo)準(zhǔn)圖集（09SG610—2）中也包含僅在梁端連接消能器的做法，但僅針對(duì)噸位相對(duì)較小的彈性消能器。在文獻(xiàn)介紹的工程實(shí)例中，則將該方法用于采用防屈曲支撐對(duì)既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行的抗震加固。本文針對(duì)僅在梁端連接防屈曲支撐的做法，提出兩種不同的連接構(gòu)造形式，并采用梁端局部損傷控制措施，保證連接部位的性能。
1連接節(jié)點(diǎn)損傷控制方案
二者的共同點(diǎn)在于采用類似于文獻(xiàn)提出的“非約束節(jié)點(diǎn)板”的做法，防屈曲支撐節(jié)點(diǎn)板與混凝土柱之問人為的設(shè)置一定的問隙，以保證即使當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的側(cè)向變形時(shí)，節(jié)點(diǎn)板也不會(huì)與柱發(fā)生接觸。二者的區(qū)別在于節(jié)點(diǎn)板與梁端的連接形式。其一采用貫穿梁高的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼棒將節(jié)點(diǎn)板底板緊固于混凝土梁表面；其二則將節(jié)點(diǎn)板延仲預(yù)理在混凝土梁端內(nèi)部，并預(yù)埋段設(shè)置栓釗一以傳遞力。前者既有用于新建建筑，也可用于既有建筑的抗震加固。
對(duì)于這種僅將防屈曲支撐與梁端相連的`情況，節(jié)點(diǎn)板與柱之問的問隙處的梁段處于非常不利的受力狀態(tài)。當(dāng)防屈曲支撐受拉時(shí)，這一段的梁截面可能同時(shí)受到較大的拉力、剪力和彎矩作用，從而使這一部位容易發(fā)生不利的脆性破壞。即使不發(fā)生破壞，如果梁端損傷集中在這一部位（即在此處出現(xiàn)塑性鉸），會(huì)不可避免地對(duì)防屈曲支撐連接節(jié)點(diǎn)的受力性能產(chǎn)生不利的影響。為此，有必要通過合理的損傷控制手段，消除隱患，減輕不利影響，以提出連接節(jié)點(diǎn)的的受力性能。
2試驗(yàn)設(shè)計(jì)
為檢驗(yàn)上述連接節(jié)點(diǎn)形式與損傷控制方案的有效性，半跨懸臂梁段和防屈曲支撐節(jié)點(diǎn)板的了結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。由于采用非約束節(jié)點(diǎn)板，混凝土柱對(duì)連接節(jié)點(diǎn)的受力性能影響可忽略不計(jì)，在試驗(yàn)中以剛度更大的地梁代替。此外，為簡(jiǎn)化試驗(yàn)加載裝置，不采用實(shí)際的防屈曲支撐，而是采用一臺(tái)傾斜安裝的力控的作動(dòng)器模擬防屈曲支撐傳遞給連接節(jié)點(diǎn)的集中軸力。同時(shí)采用兩臺(tái)并聯(lián)的位移控制的作動(dòng)器在梁跨中反彎點(diǎn)位置（在試驗(yàn)中即為懸臂梁的白由端）施加剪力，使混凝土梁產(chǎn)生變形。
共設(shè)計(jì)5個(gè)試驗(yàn)體。其中1個(gè)為不含防曲支撐的純框架對(duì)比試件。另外4個(gè)分別采用兩種不同的連接節(jié)點(diǎn)形式，對(duì)每種連接形式又有調(diào)整和不調(diào)整梁端配筋兩種情況。梁凈高1800mm，截面為450275mm配筋。防屈曲支撐傾角為40度，節(jié)點(diǎn)板與混凝土柱（在試驗(yàn)中即為地梁）表面的問隙為10mm 。假想的防屈曲支撐極限承載力為500kN。鋼棒連接的試件，采用6根直徑21 mm的高強(qiáng)鋼棒施加合計(jì)1500kN的預(yù)緊力。預(yù)埋板連接的試件，預(yù)埋板上均勻設(shè)置兩面共24根直徑16mm名義屈服強(qiáng)度235MPa。各個(gè)試件的混凝土圓柱體強(qiáng)度平均值約為70MPa。試驗(yàn)采用擬靜力循環(huán)加載。層問位移角幅值從1 /400逐漸增大至1/200， 1/100和1/50。其中，在1 /400和1/200下各加載兩圈，而在1/100和1/50下僅各加載1圈。在完成1/50的加載循環(huán)后，將試驗(yàn)體沿正方向單調(diào)推覆，直到作動(dòng)器行程用盡。最終各個(gè)試驗(yàn)體對(duì)應(yīng)的最大層問位移角均超過1/200。
3試驗(yàn)現(xiàn)象
限于篇幅，本文僅給出含有防屈曲支撐的試驗(yàn)體在加載至層間位移角時(shí)的破損情況，對(duì)于未調(diào)整梁端配筋（即未做損傷控制）的2號(hào)和3號(hào)試驗(yàn)體，在正向加載下均在梁根部，即梁與柱相接處發(fā)生集中損傷，形成塑性鉸區(qū)。由于同時(shí)受到節(jié)點(diǎn)板傳遞的集中拉力和剪力的作用，這一區(qū)域損傷集中。對(duì)于采用預(yù)應(yīng)力鋼棒連接的2號(hào)試驗(yàn)體，節(jié)點(diǎn)板下方區(qū)域由于受到較大的預(yù)壓力，裂縫擴(kuò)展受到抑制，損傷主要集中在預(yù)留縫隙對(duì)應(yīng)的狹窄的梁端內(nèi)。對(duì)于采用預(yù)埋板連接形式的3號(hào)試驗(yàn)體，這一區(qū)域發(fā)生了非常嚴(yán)重的混凝土壓潰現(xiàn)象，并導(dǎo)致預(yù)埋節(jié)點(diǎn)板向柱側(cè)靠近并在較大的層問位移角下與柱表現(xiàn)發(fā)生擠壓。
相比之下，本文采用的調(diào)整配筋的損傷控制方式成功地將梁端塑性鉸區(qū)移至連接節(jié)點(diǎn)外側(cè)，即遠(yuǎn)離梁柱節(jié)點(diǎn)處，而防屈曲支撐連接節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的梁端的損傷則相對(duì)而言非常輕微，基本保持彈性。這有利于最大限度地保證連接節(jié)點(diǎn)的剛度和連接性能，減小因連接節(jié)點(diǎn)發(fā)生變形而減小防屈曲支撐的有效變形。
4結(jié)論
本文通過含有防屈曲支撐節(jié)點(diǎn)板的半跨懸臂鋼筋混凝土梁的擬靜力試驗(yàn)，檢驗(yàn)了采用非約束節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行連接的防屈曲支撐鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的局部受力和損傷特性，同時(shí)檢驗(yàn)了通過調(diào)整配筋以轉(zhuǎn)移梁端損傷部位的局部損傷控制效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用局部損傷控制的非約束節(jié)點(diǎn)連接形式能夠達(dá)到預(yù)期的效果。
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