吉林大学学报(工学版) ›› 2021, Vol. 51 ›› Issue (3): 977-988.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200557

• 交通运输工程·土木工程 • 上一篇    下一篇

环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁节点抗剪承载力

戴岩1(),聂少锋2,周天华2   

  1. 1.西京学院 陕西省混凝土结构安全与耐久性重点实验室，西安 710123
    2.长安大学 建筑工程学院，西安 710061
  • 收稿日期:2020-07-24 出版日期:2021-05-01 发布日期:2021-05-07
  • 作者简介:戴岩(1984-)，男，高级工程师,博士. 研究方向：结构工程，桥梁与隧道工程. E-mail:783041867@qq.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51408052);陕西省青年科技新星项目(2016KJXX-51);陕西省重点研发计划项目(2018SF-354)

Shear capacity of circular steel tube confined H⁃SRC concrete column steel beam joint with ring beam

Yan DAI1(),Shao-feng NIE2,Tian-hua ZHOU2   

  1. 1.Shaanxi Key Laboratory of Safety and Durability of Concrete Structures，Xijing University，Xi'an 710123，China
    2.School of Civil Engineering，Chang'an University，Xi'an 710061，China
  • Received:2020-07-24 Online:2021-05-01 Published:2021-05-07

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107

摘要：

采用试验和非线性有限元分析两种方法研究了节点区的受力特点，明确了其抗剪承载力主要由节点区各组成部件共同承担，并分析得到节点区各部件对其抗剪承载力的贡献大小。通过对节点区各部件受力机理的分析，推导出了节点区各部件的抗剪承载力计算方法。最后，通过叠加原理得到了此新型节点的抗剪承载力计算公式，通过与试验及有限元分析结果的对比可知，该计算公式安全、合理，可以满足“强节点、弱构件”的工程抗震设计原则。

关键词: 建筑工程, 圆钢管约束H型钢混凝土柱, 环梁, 抗剪承载力, 节点区, 叠加公式

Abstract:

In this paper， experimental and nonlinear finite element analysis methods are used to study the mechanical characteristics of the joint area. It is clear that the shear bearing capacity of the joint area is mainly borne by the components of the joint area， and the contribution of the components of the joint area to the shear bearing capacity is analyzed；At the same time， through the analysis of the stress mechanism of each component in the joint area， the calculation method of shear capacity of each component in the joint area is derived；Finally， the shear capacity formula of the new joint is obtained by superposition principle，Compared with the test and finite element analysis results， the formula is safe and reasonable， and can meet the engineering seismic design principle of “strong joints and weak members”.

Key words: construction engineering, circular steel tube confined H-SRC concrete column, ring beam, shear capacity, joint area, super-position formula

中图分类号: 

  • TU398

图1

节点试件构造图"

图2

加载示意图及装置简图"

图3

加载过程全貌"

图4

节点区实测水平剪力计算图示"

图5

试件节点水平剪力-柱顶位移滞回曲线"

图6

试件节点水平剪力-柱顶位移骨架曲线"

表1

试件水平剪力实测值 (kN)"

节点编号屈服状态极限荷载状态破坏状态
SH-12375.522638.772853.18
SH-21981.912497.442658.96

图7

试件破坏后整体情况"

表2

节点区不同部件剪力实测值 (kN)"

节点编号参数屈服状态极限荷载状态破坏状态
SH-1V总2375.522638.772853.18
Vw90.50101.80109.50
Vsv19.8429.7559.51
V其他2265.182507.222684.17
SH-2V总1981.912497.442658.96
Vw75.1391.91-
Vsv17.3624.79-
V其他1889.422380.74-

图8

节点区各部件加载过程中水平剪力实测值变化曲线"

图9

节点区构造图"

图10

节点区加载及边界条件"

图11

节点区有限元模型"

表3

节点区有限元模型说明"

模型编号包含部件
JDQ-1柱混凝土
JDQ-2柱混凝土、柱钢筋
JDQ-3柱混凝土、柱钢筋、柱型钢腹板
JDQ-4柱混凝土、柱钢筋、柱型钢腹板、补强板
JDQ-5柱混凝土、柱钢筋、柱型钢腹板、补强板、柱型钢翼缘及加劲肋
JDQ-6柱混凝土、柱钢筋、柱型钢腹板、补强板、柱型钢翼缘及加劲肋、钢筋混凝土环梁
JDQ-7柱混凝土、柱钢筋、柱型钢腹板、补强板、柱型钢翼缘及加劲肋、钢筋混凝土环梁、悬臂梁腹板
JDQ-8柱混凝土、柱钢筋、柱型钢腹板、补强板、柱型钢翼缘及加劲肋、钢筋混凝土环梁、悬臂梁腹板及翼缘

图12

节点区水平剪力-剪切位移曲线"

表4

节点区模型的抗剪极限承载力 (kN)"

模型编号SH-1SH-2
JDQ-1617.18617.18
JDQ-2746.90746.90
JDQ-3817.55817.55
JDQ-4929.89929.89
JDQ-51215.241215.24
JDQ-63625.473470.92
JDQ-74623.614396.71
JDQ-85359.835101.95

表5

节点区各部件对抗剪承载力的贡献 (kN)"

承载力试件
SH-1SH-2
柱混凝土V1617.18617.18
柱钢筋V2129.72129.72
柱型钢腹板V370.6570.65
补强板V4112.34112.34
柱型钢翼缘V5285.35285.35
钢筋混凝土环梁V62410.232255.68
悬臂梁腹板V7998.14925.79
悬臂梁翼缘V8736.22705.24
抗剪极限承载力V5359.835101.95

表6

节点区各部件抗剪承载力 (kN)"

承载力试件
SH-1SH-2
柱混凝土V1902.53902.53
柱钢筋V2129.72129.72
柱型钢腹板V370.6570.65
补强板V4112.34112.34
钢筋混凝土环梁V63146.452960.92
悬臂梁腹板V7998.14925.79
抗剪极限承载力V5359.835101.95

图13

不同轴压比下节点区水平剪力-剪切位移曲线(以SH-1为例)"

表7

不同轴压比下节点区抗剪极限承载力 (kN)"

试件不同轴压比下试件承载力
0.100.200.350.500.700.95
SH-15027.55144.95359.85442.95696.35942.3
SH-24786.24900.95102.05173.45425.85656.0

图14

节点区柱混凝土受力机理"

图15

轴压比与抗剪影响系数线性回归分析"

表8

节点区实测、有限元、公式计算抗剪承载力对比 (kN)"

试件V实测V公式V有限元V有限元/V实测V有限元/V公式
SH-12853.183504.265359.831.8791.530
SH-22658.963496.875101.951.9191.459
1 周绪红, 刘界鹏. 钢管约束混凝土柱的性能与设计[M]. 北京:科学出版社, 2010.
2 Zhou X, Liu J. Seismic behavior and strength of tubed steel reinforced-concrete(SRC)short columns[J]. Journal of Constructional Steel Research, 2010, 66(7):885-896.
3 Liu F, Gardner L, Yang H. Post-fire behavior of reinforced concrete stub columns confined by circular steel tubes[J]. Journal of Consturctional Steel Research, 2014, 102:82-103.
4 甘丹, 周绪红, 闫标, 等. 圆钢管约束钢筋混凝土环筋式节点受力性能试验研究[J]. 建筑结构学报, 2018, 39(4):91-101.
Gan Dan, Zhou Xu-hong, Yan Biao, et al. Experimental studies on mechanical behavior of circular tubed reinforced concrete joints with ring ribs[J]. Journal of Building Structure, 2018, 39(4):91-101.
5 戴岩, 聂少锋, 周天华. 带环梁的方钢管约束钢骨混凝土柱-钢梁节点滞回性能有限元分析[J]. 吉林大学学报:工学版, 2018, 48(5):1426-1435.
Dai Yan, Nie Shao-feng, Zhou Tian-hua. Finite element analysis of hysteretic behavior of square steel tube confined steel reinforced concrete column steel frame ring beam joint[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition), 2018, 48(5):1426-1435.
6 戴岩, 聂少锋, 周天华. 环梁式圆钢管约束H型钢混凝土柱-钢梁节点的抗震性能[J]. 华南理工大学学报:自然科学版, 2019, 47(5):110-122.
Dai Yan, Nie Shao-feng, Zhou Tian-hua. Seismic behavior of Circular steel tube confined H steel reinforced concrete column steel frame ring beam joint[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2019, 47(5):110-122.
7 赵鸿铁. 钢与混凝土组合结构[M]. 北京:科学出版社, 2001.
8 . 组合结构设计规范[S].
9 钟善桐, 白国良. 高层建筑组合结构框架梁柱节点分析与设计[M]. 北京:人民交通出版社, 2006.
10 曾磊. 型钢高强高性能混凝土框架节点抗震性能及设计计算理论研究[D]. 西安:西安建筑科技大学土木工程学院, 2008.
Zeng Lei. Research on seismic behaviors and design method of steel reinforced high strength and high performance concrete frame joints[D]. Xi'an:School of Civil Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, 2008.
11 . 混凝土结构设计规范[S].
12 苏小卒, 刘庆文, 陆余年, 等. 预应力混凝土水平加腋框架节点抗震性能研究[J]. 同济大学学报:自然科学版, 2008, 36(6):717-721.
Su Xiao-zu, Liu Qing-wen, Lu Yu-nian, et al. Experiment on seismic behavior of prestressed concrete frame joints with spread-ended beams[J]. Journal of Tongji University(Natural Science), 2008, 36(6):717-721.
[1] 戴岩, 聂少锋, 周天华. 带环梁的方钢管约束钢骨混凝土柱-钢梁节点滞回性能有限元分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1426-1435.
[2] 郑一峰, 毛健, 梁世忠, 郑传峰. 高填土场地考虑土体固结的桩基负摩阻力[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(4): 1075-1081.
[3] 李静, 王哲. 真三轴加载条件下混凝土的力学特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(3): 771-777.
[4] 柳俊哲, 袁伟静, 贺智敏, 巴明芳, 陈剑斌. 碳化对混凝土碱骨料反应的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2015, 45(3): 783-787.
[5] 郭俊平1, 邓宗才1, 卢海波2, 林劲松2. 预应力高强钢绞线网抗剪加固钢筋混凝土梁试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2014, 44(4): 968-977.
[6] 杨爱武,周金,孔令伟. 固化吹填软土力学特性试验[J]. 吉林大学学报(工学版), 2014, 44(3): 661-667.
[7] 刘曙光, 闫敏, 闫长旺, 郭荣跃. 聚乙烯醇纤维强化水泥基复合材料的抗盐冻性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2012, 42(01): 63-67.
[8] 李中华, 巴恒静. 混 凝 土 的 抗 盐 冻 性 能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2009, 39(04): 926-931.
[9] 李艺，闫运起，赵文 . 现役结构增层刚度时变可靠性分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2009, 39(02): 398-0401.
[10] 孙绪杰，潘景龙，郑文忠 . 玻璃纤维增强聚合物混凝土小型空心
砌块复合墙片的抗震性能[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(05): 1054-1059.
[11] 范鹤,,刘斌,范泽3,王成 . 高填土涵洞相似材料模型试验与数值模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(02): 399-0403.
[12] 郭学东，姜浩，. 大跨度预应力混凝土连续梁桥施工控制技术[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(增刊1): 34-0037.
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