鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中防屈曲支撐連接節(jié)點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，在將鋼制防屈曲支撐在混凝土構(gòu)件相連時，其連接節(jié)點的受力狀態(tài)較為復(fù)雜。國內(nèi)近年來對此開展了一些有針對性的研究，提出并通過試驗檢驗了在鋼筋混凝土構(gòu)件內(nèi)埋置節(jié)點板的連接方式。另一方面，當將防屈曲支撐的節(jié)點板設(shè)置于梁、柱節(jié)點的一隅而同時與梁端和柱腳相連接時，框架梁、柱的變形將使節(jié)點板處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)中；節(jié)點板也會對框架梁、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，如日本學者提出的采用高強預(yù)應(yīng)力鋼棒將防屈曲支撐節(jié)點板緊固在梁端側(cè)壁的做法如；美國學者針對鋼結(jié)構(gòu)提出的“非約束節(jié)點板”的做法。我國《建筑結(jié)構(gòu)消能減震（振）設(shè)計》標準圖集（09SG610—2）中也包含僅在梁端連接消能器的做法，但僅針對噸位相對較小的彈性消能器。在文獻介紹的工程實例中，則將該方法用于采用防屈曲支撐對既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進行的抗震加固。本文針對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)點損傷控制方案
二者的共同點在于采用類似于文獻提出的“非約束節(jié)點板”的做法，防屈曲支撐節(jié)點板與混凝土柱之問人為的設(shè)置一定的問隙，以保證即使當結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的側(cè)向變形時，節(jié)點板也不會與柱發(fā)生接觸。二者的區(qū)別在于節(jié)點板與梁端的連接形式。其一采用貫穿梁高的高強預(yù)應(yīng)力鋼棒將節(jié)點板底板緊固于混凝土梁表面；其二則將節(jié)點板延仲預(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。
對于這種僅將防屈曲支撐與梁端相連的`情況，節(jié)點板與柱之問的問隙處的梁段處于非常不利的受力狀態(tài)。當防屈曲支撐受拉時，這一段的梁截面可能同時受到較大的拉力、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），會不可避免地對防屈曲支撐連接節(jié)點的受力性能產(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)點的的受力性能。
2試驗設(shè)計
為檢驗上述連接節(jié)點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)點板的了結(jié)構(gòu)試驗。由于采用非約束節(jié)點板，混凝土柱對連接節(jié)點的受力性能影響可忽略不計，在試驗中以剛度更大的地梁代替。此外，為簡化試驗加載裝置，不采用實際的防屈曲支撐，而是采用一臺傾斜安裝的力控的作動器模擬防屈曲支撐傳遞給連接節(jié)點的集中軸力。同時采用兩臺并聯(lián)的位移控制的作動器在梁跨中反彎點位置（在試驗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5個試驗體。其中1個為不含防曲支撐的純框架對比試件。另外4個分別采用兩種不同的連接節(jié)點形式，對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)點板與混凝土柱（在試驗中即為地梁）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的高強鋼棒施加合計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名義屈服強度235MPa。各個試件的混凝土圓柱體強度平均值約為70MPa。試驗采用擬靜力循環(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，將試驗體沿正方向單調(diào)推覆，直到作動器行程用盡。最終各個試驗體對應(yīng)的最大層問位移角均超過1/200。
3試驗現(xiàn)象
限于篇幅，本文僅給出含有防屈曲支撐的試驗體在加載至層間位移角時的破損情況，對于未調(diào)整梁端配筋（即未做損傷控制）的2號和3號試驗體，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)。由于同時受到節(jié)點板傳遞的集中拉力和剪力的作用，這一區(qū)域損傷集中。對于采用預(yù)應(yīng)力鋼棒連接的2號試驗體，節(jié)點板下方區(qū)域由于受到較大的預(yù)壓力，裂縫擴展受到抑制，損傷主要集中在預(yù)留縫隙對應(yīng)的狹窄的梁端內(nèi)。對于采用預(yù)埋板連接形式的3號試驗體，這一區(qū)域發(fā)生了非常嚴重的混凝土壓潰現(xiàn)象，并導致預(yù)埋節(jié)點板向柱側(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)點外側(cè)，即遠離梁柱節(jié)點處，而防屈曲支撐連接節(jié)點對應(yīng)的梁端的損傷則相對而言非常輕微，基本保持彈性。這有利于最大限度地保證連接節(jié)點的剛度和連接性能，減小因連接節(jié)點發(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)點板的半跨懸臂鋼筋混凝土梁的擬靜力試驗，檢驗了采用非約束節(jié)點板進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，同時檢驗了通過調(diào)整配筋以轉(zhuǎn)移梁端損傷部位的局部損傷控制效果。試驗結(jié)果表明，采用局部損傷控制的非約束節(jié)點連接形式能夠達到預(yù)期的效果。
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