《大跨度预应力钢筋混凝土带腋撑框架结构试验研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大跨度预应力钢筋混凝土带腋撑框架结构试验研究（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大 跨 度 预 应 力 钢 筋 混 凝 土 带 腋 撑 框 架 结 构 试 验 研 究陈 穗 先1苏 国 维2蔡 健3 , 4杨 春3 , 4( 1 、 华 南 师 范 大 学 广 州 5 1 0 6 3 1 ; 2 、 同 济 大 学 建 筑 设 计 研 究 院 上 海 2 0 0 0 9 2 ;3 、 华 南 理 工 大 学 土 木 与 交 通 工 程 学 院 广 州 5 1 0 6 4 1 ; 4 、 亚 热 带 建 筑 国 家 重 点 实 验 室 广 州 5 1 0 6 4 1 )摘 要 : 大 跨 度 预 应 力 钢 筋 混 凝 土 带 腋 撑 框 架 结 构 是 一 种 新 结 构
2、 形 式 , 本 文 对 其 在 竖 向 及 水 平 反 复 荷 载 作 用 下的 力 学 性 能 进 行 了 比 例 模 型 试 验 研 究 , 主 要 研 究 其 承 载 能 力 、 变 形 特 点 、 破 坏 形 态 及 应 力 应 变 特 点 , 并 重 点 研 究腋 撑 对 结 构 性 能 的 影 响 , 结 果 表 明 腋 撑 对 提 高 结 构 承 载 力 和 刚 度 具 有 明 显 作 用 , 但 局 部 区 域 呈 现 脆 性 破 坏 。关 键 词 : 大 跨 度 ; 预 应 力 结 构 ; 腋 撑 ; 框 架 结 构 ; 试 验 研 究广 东 土 木 与 建 筑G U A
3、N G D O N G A R C H I T E C T U R E C I V I L E N G I N E E R I N G2 0 0 8年 2 月第 2 期F E B 2 0 0 8N o . 2图 1 模 型 尺 寸 及 配 筋 详 图1 - 1 2 - 2 3 - 3 4 - 46 0 5 06 2 7 5 1 1 0 02175500267550013811983502462 2 92 8 411223 3442 2 92 8 41 1 0 01 2 0 1 5 03 1 630015060350预 埋 波 纹 管2 1 64 1 2f 1 0 1 0 01 1 21 2 0
4、60604 1 2 f 1 0 2 0 0603 1 62 1 61 2 0 1 5 0 1 2 02 1 42 1 2f 1 0 1 0 02 1 22 1 44 1 22 5 04 1 21 5 0f 8 1 0 0( 2 0 7 0 )预 埋 波 纹 管( 2 0 7 0 )1 引 言以 往 的 试 验 研 究 表 明 1 2 , 预 应 力 混 凝 土 框 架 的延 性 和 耗 能 性 能 良 好 , 可 以 在 地 震 区 内 推 广 使 用 , 通过 合 理 的 设 计 , 确 保 预 应 力 混 凝 土 框 架 的 延 性 、 耗 能和 抗 侧 承 载 力 , 使 其 获 得 令
5、 人 满 意 的 抗 震 效 果 。但 对 于 大 跨 度 的 实 际 工 程 来 说 , 框 架 柱 顶 弯 矩过 大 容 易 导 致 节 点 破 坏 , 且 柱 顶 出 现 的 纵 向 配 筋 过多 过 密 也 会 给 设 计 及 施 工 带 来 诸 多 不 便 。 因 此 , 本文 提 出 了 在 普 通 多 层 预 应 力 框 架 的 梁 与 柱 端 部 附 近加 设 短 斜 柱 的 结 构 , 即 新 型 的 带 腋 撑 框 架 结 构 , 以 有效 地 减 小 梁 跨 度 , 改 善 结 构 的 受 力 状 态 , 提 高 结 构 刚度 , 减 小 柱 顶 弯 矩 , 从 而 减
6、少 柱 的 纵 向 配 筋 。 为 此 ,本 文 通 过 1 榀 单 层 单 跨 无 粘 结 部 分 预 应 力 混 凝 土 带腋 撑 框 架 在 竖 向 及 水 平 低 周 反 复 荷 载 作 用 下 的 试 验研 究 , 探 讨 该 新 型 结 构 的 受 力 特 性 和 抗 震 性 能 。2 试 验 设 计2 . 1 模 型 设 计本 文 的 预 应 力 钢 筋 混 凝 土 带 腋 撑框 架 模 型 按 G B 5 0 0 1 1 - 2 0 0 1 建 筑 抗震 设 计 规 范 进 行 7 度 二 级 抗 震 设 计 ,梁 柱 按 弯 曲 破 坏 控 制 。 试 验 框 架 仅 在框
7、架 梁 内 设 置 1 8 6 0 级 fs1 5 . 2 4 无 粘 结预 应 力 筋 , 其 形 状 采 用 “ 直 线 + 三 段 曲线 + 直 线 ” , 张 拉 端 为 夹 片 式 锚 具 , 固 定端 为 挤 压 成 型 锚 具 , 预 应 力 张 拉 控 制 力为 1 9 5 . 3 k N 。 普 通 纵 筋 采 用 H R B 4 0 0 级钢 筋 , 箍 筋 采 用 H R B 2 3 5 级 圆 钢 , 实 测 混 凝 土 抗 压 强度 为 4 1 . 8 M P a 。 其 尺 寸 和 配 筋 详 如 图 1 所 示 。2 . 2 加 载 装 置 及 加 载 方 案试
8、件 加 载 装 置 如 图 2 所 示 , 受 到 试 验 室 现 有 设 备的 限 制 , 本 试 验 竖 向 及 水 平 低 周 反 复 加 载 均 采 用 荷载 控 制 , 加 载 分 以 下 3 个 阶 段 进 行 : 施 加 竖 向 荷 载 直 至 达 到 结 构 的 设 计 荷 载 值 ; 卸 载 至 原 设 计 荷 载 值 的 5 0 % , 进 行 水 平 低 周反 复 荷 载 加 载 , 共 作 用 2 个 循 环 , 先 加 载 至 结 构 屈 服 ,再 加 载 至 水 平 位 移 曲 线 进 入 水 平 段 ; 水 平 荷 载 卸 载 至 零 , 再 次 施 加 竖 向
9、荷 载 , 直 至油 泵 继 续 送 油 而 荷 载 不 再 增 大 为 止 , 此 时 可 认 为 试验 结 束 。2 . 3 量 测 内 容 与 方 法本 次 试 验 采 用 与 千 斤 顶 相 连 的 传 感 器 来 测 量 框架 的 荷 载 位 移 曲 线 。 在 腋 撑 上 方 框 架 梁 内 外 侧 、 跨1 6表 1 位 移 延 性 系 数注 ) m、 y分 别 为 构 件 的 极 限 位 移 和 屈 服 位 移 。位 移 极 限 点 位 移 延 性 系 数实 测 值y( m m ) P m( k N ) m( m m )1 8 1 2 9 . 2 2 6 0 1 1 1 3 .
10、 8屈 服 点Py( k N )图 4 框 架 试 件 的 荷 载 位 移 曲 线! 竖 向 荷 载 水 平 荷 载陈 穗 先 等 : 大 跨 度 预 应 力 钢 筋 混 凝 土 带 腋 撑 框 架 结 构 试 验 研 究中 、 梁 端 、 柱 腋 撑 相 交 区 及 柱 脚 等 重 要 控 制 截 面 处 普通 纵 筋 均 贴 有 电 阻 应 变 片 , 以 了 解 普 通 钢 筋 的 应 变变 化 情 况 。 试 验 采 用 B X 1 2 0 电 阻 应 变 片 测 试 构 件 应变 , 采 用 位 移 百 分 表 测 试 位 移 , 用 D H 3 8 1 5 N 静 态 数据 采 集
11、 系 统 自 动 采 集 各 级 荷 载 下 位 移 计 和 电 阻 应 变片 的 数 据 。3 试 验 结 果 分 析3 . 1 试 件 的 开 裂 及 破 坏 情 况在 竖 向 荷 载 作 用 下 , 腋 撑 上 方 的 框 架 梁 顶 首 先出 现 裂 缝 , 然 后 相 继 在 柱 与 腋 撑 相 交 处 下 方 外 侧 , 梁柱 节 点 区 和 框 架 梁 跨 中 出 现 裂 缝 。 在 水 平 荷 载 作 用下 , 柱 与 腋 撑 相 交 处 , 柱 底 及 腋 撑 上 方 框 架 梁 外 侧 出现 较 多 裂 缝 , 当 第 1 循 环 反 向 加 载 至 约 0 . 6 Pm
12、a x时 , 腋撑 上 框 架 梁 外 侧 顶 面 纵 向 钢 筋 屈 服 。 随 着 水 平 荷 载的 增 大 , 柱 与 腋 撑 相 交 , 柱 脚 的 裂 缝 延 伸 发 展 , 宽 度增 大 , 并 不 断 有 新 的 交 叉 斜 裂 缝 出 现 , 在 柱 与 腋 撑 相交 处 出 现 塑 性 铰 , 在 水 平 荷 载 加 至 极 限 状 态 时 , 柱 与腋 撑 相 交 处 的 斜 裂 缝 贯 穿 柱 的 全 截 面 , 裂 缝 外 侧 宽约 3 m m , 中 间 及 内 侧 宽 约 1 m m , 裂 缝 宽 度 特 征 为 内窄 外 宽 且 宽 度 逐 渐 增 大 。 柱
13、脚 处 的 弯 剪 斜 裂 缝 也 贯穿 了 截 面 高 度 , 缝 宽 内 侧 约 1 2 m m , 同 时 柱 脚 外 侧的 混 凝 土 局 部 压 碎 。 从 试 件 损 伤 情 况 看 来 , 柱 腋 撑相 交 区 裂 缝 数 量 较 多 , 缝 宽 也 较 大 ; 梁 柱 节 点 区 裂 缝数 量 较 少 , 且 不 随 梁 、 柱 裂 缝 的 发 展 而 发 展 。 试 件 能产 生 塑 性 铰 , 破 坏 是 延 性 的 , 在 进 入 非 弹 性 阶 段 后 ,框 架 的 变 形 主 要 集 中 在 塑 性 铰 区 , 最 终 由 于 柱 的 破坏 而 导 致 结 构 失 效
14、 。 试 件 开 裂 情 况 如 图 3 所 示 。3 . 2 结 构 荷 载 位 移 曲 线图 4 为 框 架 试 件 的 荷 载 位 移 曲 线 , 可 见 在 竖 向设 计 荷 载 作 用 下 , 框 架 梁 具 有 良 好 的 变 形 恢 复 能 力 ,残 余 变 形 很 小 。 在 水 平 两 个 循 环 的 反 复 荷 载 作 用 下 , 至屈 服 荷 载 时 框 架 刚 度 仍 无 明 显 降 低 , 残 余 变 形 很 小 ,但 超 过 屈 服 荷 载 后 , 框 架 顶 点 水 平 位 移 增 长 加 快 , 刚度 明 显 降 低 , 最 大 水 平 位 移 为 1 1 1
15、m m , 即 ( 1 1 8 ) H( H 为 框 架 高 度 ) , 卸 载 后 残 余 变 形 为 最 大 水 平 位 移的 1 1 . 7 。 由 于 框 架 梁 配 有 较 多 数 量 的 非 预 应 力 筋 ,荷 载 位 移 曲 线 较 丰 满 , 结 构 延 性 和 吸 能 能 力 良 好 。在 经 历 相 当 大 的 变 形 后 , 最 后 一 次 竖 向 荷 载 作 用 下 ,框 架 梁 的 最 大 挠 度 为 1 1 1 m m , 即 ( 1 6 6 ) L ( L 为 框 架梁 的 跨 度 ) , 卸 载 后 残 余 变 形 为 最 大 挠 度 的 1 2 . 3 5
16、,框 架 仍 具 有 较 好 的 承 载 力 。 框 架 的 荷 载 位 移 曲 线表 明 框 架 具 有 较 好 的 延 性 和 耗 能 能 力 。3 . 3 位 移 延 性 系 数延 性 是 反 映 结 构 抗 震 性 能 的 重 要 指 标 , 结 构 能否 保 证 “ 大 震 不 倒 ” , 主 要 取 决 于 结 构 延 性 是 否 满 足要 求 。 表 1 列 出 了 本 试 件 的 实 测 位 移 延 性 系 数 4 。试 验 表 明 , 无 粘 结 预 应 力 混 凝 土 带 腋 撑 框 架 的最 大 层 间 位 移 角 m H 可 达 到 1 1 8 , 表 明 此 种 结 构 在水 平 反 复 荷 载 作 用 下 具 有 足 够 的 延 性 。 通 过 在 框 架梁 端 部 、 腋 撑 端 部 、 柱 全 高 加 密 箍 筋 , 以 及 在 框 架 梁内 配 置 数 量 合 理 的 非 预 应 力 筋 , 降 低
