SC梁與CCSHRC柱端板螺栓連接節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)

張興虎+馬國文+馬宏偉+姜維山

文章編號(hào)：6732049(2014)02005106[

收稿日期：20140307

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（10572107）；河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2011188）

摘要：為了驗(yàn)證鋼與混凝土組合梁（SC梁）與高強(qiáng)復(fù)合連續(xù)螺旋箍約束鋼筋混凝土柱（CCSHRC柱）節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理及抗震性能，對(duì)足尺的端板螺栓連接的SC梁與CCSHRC柱節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，對(duì)節(jié)點(diǎn)的抗震受剪承載力進(jìn)行了分析，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震受剪承載力的計(jì)算公式。結(jié)果表明：組合節(jié)點(diǎn)受力合理，破壞前梁端形成明顯的塑性鉸，同時(shí)由于高強(qiáng)螺栓預(yù)壓力的存在以及鋼板箍的約束作用，使得核心區(qū)混凝土處于三軸受壓應(yīng)力狀態(tài)，抗震受剪承載力顯著提高，大大改善了節(jié)點(diǎn)區(qū)的抗剪能力，同時(shí)也增大了節(jié)點(diǎn)的剛度，所得抗震受剪承載力的計(jì)算公式可供實(shí)際工程參考。

關(guān)鍵詞：SC梁；CCSHRC柱；螺栓連接節(jié)點(diǎn)；抗震受剪承載力；低周反復(fù)荷載試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU398.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Experiment on End Plate Bolted Connection Node of SC Beam and CCSHRC Column

ZHANG Xinghu, MA Guowen, MA Hongwei, JIANG Weishan

Abstract: In order to validate mechanical property and seismic behavior of the steel and concrete composite beams (SC beam) with continuous compound spiral hoop reinforced concrete column (CCSHRC) node, the low cyclic loading tests of full scale end plate bolted connection node of SC beam and CCSHRC column specimen were carried out. Seismic shear bearing capacity of node was analyzed. Meanwhile, the formulae of seismic shear bearing capacity of joint core were obtained according to the experiment results. Results show that combined node force is reasonable, and the clear plastic hinge is formed at beam end before failure, at the same time due to the presence of high strength bolt preloading and steel plate hoop constraint function, the core concrete is in complex stress state, the seismic shear bearing capacity is improved significantly, the seismic shear capacity of the node domain is greatly improved, and the stiffness of node is increased. The formulae of seisimic shear bearing capacity can be used for reference in the practical engineering.

Key words: SC beam; CCSHRC column; bolted connection node; seismic shear bearing capacity; low cyclic loading test



0 引 言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)化大生產(chǎn)已進(jìn)入了各行各業(yè)，建筑工業(yè)化也同樣不可避免。所謂建筑工業(yè)化，就是用工業(yè)化的生產(chǎn)方式來生產(chǎn)建造工業(yè)和民用建筑，[HJ]它不斷地改變著傳統(tǒng)施工作業(yè)的建造方式、施工工藝和人們的觀念，[HJ1.8mm]并且是建筑業(yè)科技和發(fā)展水平的標(biāo)志，是中國建筑業(yè)的發(fā)展方向［1］。

裝配式結(jié)構(gòu)必然會(huì)成為中國建筑業(yè)發(fā)展的方向之一，這是工業(yè)化發(fā)展的必然結(jié)果。然而通過對(duì)地震震害的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，裝配式結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接性能在反復(fù)荷載作用下的可靠性較差，難以滿足對(duì)抗震性能的要求，因此在地震區(qū)的使用受到很大限制。為提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，針對(duì)這個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，需要對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)抗震性能進(jìn)行研究。

裝配式結(jié)構(gòu)體系節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造形式繁多，實(shí)際工程中端板螺栓連接組合節(jié)點(diǎn)應(yīng)用較為廣泛。端板螺栓連接組合梁混凝土柱結(jié)構(gòu)作為裝配式結(jié)構(gòu)的一部分，既具有組合結(jié)構(gòu)共有的優(yōu)越性，也具有其自身特性。這種結(jié)構(gòu)最大特點(diǎn)是避免了現(xiàn)場(chǎng)焊接，安裝速度快，施工性能好［2］。由于鋼混組合結(jié)構(gòu)是今后多高層建筑應(yīng)用的主要結(jié)構(gòu)形式之一，端板螺栓連接組合梁混凝土柱組合結(jié)構(gòu)無疑具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。

目前各國尚未系統(tǒng)地對(duì)組合梁高強(qiáng)復(fù)合連續(xù)螺旋箍約束鋼筋混凝土柱組合節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究，節(jié)點(diǎn)抗震受剪承載力的計(jì)算公式也沒有統(tǒng)一。本文中筆者進(jìn)行了SC梁與CCSHRC柱節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，以研究其受力性能和抗震受剪承載力。

1 試驗(yàn)概述

1.1試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)試件采用2個(gè)足尺模型，另外，為研究節(jié)點(diǎn)核心區(qū)在高軸壓比情況下的工作性能，又設(shè)計(jì)了核心區(qū)的補(bǔ)充試件LJDB。各試件參數(shù)如表1所示，具體尺寸及構(gòu)造見圖1，其中，d為螺栓直徑。

表1試件參數(shù)

Tab.1Parameters of Specimens

試件編號(hào) 跨度/mm 層高/mm [ZB(]

CCSHRC柱 SC梁 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)

長(zhǎng)度/mm 寬度/mm 寬度/mm 高度/mm 鋼板箍厚度/mm 螺栓型號(hào)[ZB)]

LDJ01 3 300 3 250 400 400 380 450 6 8M30

LDJ02 3 300 3 250 400 400 380 450 6 8M30

LDJB 150 150 4 4M20

圖1試件尺寸及構(gòu)造（單位：mm）

Fig.1Dimensions and Configurations of Specimens (Unit:mm)

[HTH][STHZ][WTHZ]1.2[試件的材性

組合節(jié)點(diǎn)所用的鋼筋、鋼板的材性如表2所示，梁、柱混凝土的強(qiáng)度實(shí)測(cè)值如表3所示。

[HTH][STHZ][WTHZ]1.3[加載裝置

試驗(yàn)采用柱端施加水平荷載的方式，加載裝置如圖2所示。柱上端豎向力的加載采用雙層平面滾[CM（22]軸[KG-*9]系統(tǒng)和頂部可轉(zhuǎn)動(dòng)的油壓頂，柱下端采用空間球[CM）][HJ]

[HT5”H][WT5”HZ][ST5”HZ][JZ(]表2[鋼材的材料性能

Tab.2[Material Properties of Steel

[HT][WT][ST]

[BG(!][BHDFG5.2mm,WK8*4/5,K10,K10W]

材料類型 鋼筋 鋼板

[BHD,WK8*4/5,K5。4W]

直徑（板厚）/mm 12 25 4 6

屈服強(qiáng)度/MPa 424.6 415.8 327.5 364.5

極限強(qiáng)度/MPa 597.0 580.9 494.9 526.7

彈性模量/GPa 177 173 172 185

延伸率/% 19 17 23 25

[BG)F]

[HT5SS][ST5BZ][WT5BZ]

[HT5”H][WT5”HZ][ST5”HZ][JZ(]表3[混凝土的材料性能

Tab.3[Material Properties of Concrete

[HT][WT][ST]

[BG(!][BHDFG5.2mm,WK4*4/5,K12,K12W]

試件編號(hào) 柱混凝土強(qiáng)度/MPa 梁混凝土強(qiáng)度/MPa

[BHD]LJD01 39.2 23.3

LJD02 39.2 23.3

LJDB 39.2

[BG)F]

[HT5SS][ST5BZ][WT5BZ]

〖TPzxh2.tif；S*2，BP#〗

[TS（][JZ]

[HT5”H][WT5”HZ][ST5”HZ][KG*1][HL（1]圖2[試驗(yàn)加載裝置

Fig.2[Test Loading Equipment

[HL）][TS）]

[WT5BZ][ST5BZ][HT5SS]

鉸。柱端水平荷載由電液伺服加載系統(tǒng)施加。

[HTH][STHZ][WTHZ]1.4[加載制度

根據(jù)《建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程》(JGJ 101—96)［3］中的規(guī)定制定本次試驗(yàn)的加載制度。試件屈服前采用荷載控制并分級(jí)加載，試件屈服后采用位移控制，位移值采用屈服時(shí)試件的最大位移值，并以該位移的倍數(shù)為級(jí)差進(jìn)行控制加載。在荷載位移混合控制加載中，最終的屈服荷載以力、位移滯回曲線上的拐點(diǎn)來確定，開裂荷載以人工觀察來確定。加載制度見圖3，其中，u為1倍屈服位移，fy為1倍屈服荷載。

1.5測(cè)點(diǎn)布置

應(yīng)變片主要記錄試件某個(gè)部位在整個(gè)加載過程中應(yīng)變變化的全過程，本試驗(yàn)應(yīng)變片主要布置在靠近節(jié)點(diǎn)的鋼梁翼緣和腹板、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的螺栓上，具體布置見圖4。為了測(cè)定試件在加載過程中的變形和節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的轉(zhuǎn)角延性、剪切延性，在試件上布置相關(guān)位移計(jì)和百分表。

圖4[應(yīng)變片布置

Fig.4[Strain Gauge Arrangements

2試件破壞過程

對(duì)試件LJD做2組試驗(yàn)，第1組研究試件JLD01在不受軸力作用、僅受柱端橫向力作用時(shí)的性能。對(duì)第2組試件JLD02施加1 200 kN的軸向力，再研究柱在此情況下受低周反復(fù)荷載時(shí)的受力性能。

（1）在第1組試件LJD01試驗(yàn)中，對(duì)螺栓施加較小的預(yù)拉力，使螺栓的拉應(yīng)變保持在2×10-4左右，當(dāng)水平作動(dòng)器內(nèi)力為推85 kN時(shí)，組合梁承受負(fù)彎矩一側(cè)出現(xiàn)與其軸線垂直的裂縫。當(dāng)水平荷載為拉100 kN時(shí)，另一側(cè)也出現(xiàn)相同性質(zhì)的裂縫。當(dāng)水平荷載為125 kN時(shí)，組合梁出現(xiàn)大量裂縫。在之后的荷載循環(huán)過程中，相繼出現(xiàn)組合梁翼緣在受壓時(shí)屈曲，受拉時(shí)又重新被拉直的現(xiàn)象。組合梁的腹板也出現(xiàn)屈曲的現(xiàn)象。[HJ1.8mm]

（2）在第2組試件LJD02試驗(yàn)中，為避免出現(xiàn)端板與柱接觸面的張開現(xiàn)象，加大了對(duì)螺栓的預(yù)拉力，使螺栓的初始拉應(yīng)變保持在8×10-4左右。當(dāng)水平作動(dòng)器內(nèi)力為推110 kN時(shí)，組合梁承受負(fù)彎矩一側(cè)出現(xiàn)與其軸線垂直的裂縫。當(dāng)水平荷載為拉180 kN時(shí)，組合梁翼緣出現(xiàn)在受壓時(shí)屈曲，受拉時(shí)又重新被拉直的現(xiàn)象。當(dāng)水平荷載為拉225 kN時(shí)，組合梁一側(cè)的端板加勁肋出現(xiàn)焊縫撕裂，組合梁混凝土被壓縮大片剝落，最后組合梁下翼緣被拉斷，柱頭有很大的水平位移，停止試驗(yàn)。

（3）在模擬節(jié)點(diǎn)核心區(qū)試件LJDB試驗(yàn)中，在受800 kN的軸向力作用下，試件LJDB沒有任何破壞征兆，然后對(duì)試件施加往復(fù)的水平荷載，當(dāng)水平荷載為100 kN時(shí)，試件處于彈性階段。當(dāng)水平荷載為200 kN時(shí)，試件水平變形增大，鋼板箍有壓屈現(xiàn)象，最后由于基座處混凝土的開裂停止試驗(yàn)。

試件LJD02的柱頂水平荷載層間位移滯回曲線如圖5所示。在柱腳增加鋼板箍約束來避免混凝土局部被壓碎，保證了柱底的鉸接，同時(shí)螺栓的預(yù)拉力比較大，防止了端板與柱表面的張開。從圖5可以看出，在峰值荷載后整體承載力下降很小，屈服后曲線沒有捏縮現(xiàn)象，同時(shí)在屈服后相同位移下的循環(huán)中承載力下降很小，滯回環(huán)始終飽滿穩(wěn)定，整個(gè)曲線呈理想的梭形，具有良好的耗能性能。

3 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震受剪承載力

3.1節(jié)點(diǎn)各部分抗剪貢獻(xiàn)

根據(jù)震害調(diào)查和試驗(yàn)研究可知，節(jié)點(diǎn)一般都是發(fā)生剪切破壞，因此節(jié)點(diǎn)的抗震承載能力計(jì)算主要是進(jìn)行節(jié)點(diǎn)抗剪計(jì)算［4］。SC梁與CCSHRC柱節(jié)點(diǎn)中，由于高強(qiáng)螺栓預(yù)壓力的存在以及鋼板箍的約束作用，使得核心區(qū)混凝土處于復(fù)合受力狀態(tài)，抗震受剪承載力顯著提高，因此混凝土承擔(dān)的剪力比鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)混凝土承擔(dān)的剪力有所提高。本文中把節(jié)點(diǎn)的抗剪貢獻(xiàn)分為混凝土、鋼板箍、箍筋和軸壓力的貢獻(xiàn)。

3.1.1混凝土的貢獻(xiàn)

在組合結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)中，整個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土根據(jù)受約束的不同可以分成2個(gè)部分:節(jié)點(diǎn)內(nèi)部混凝土機(jī)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)外部混凝土機(jī)構(gòu)［5］。SC梁與CCSHRC柱節(jié)點(diǎn)中由于高強(qiáng)螺栓預(yù)壓力的存在以及鋼板箍的約束作用，使核心區(qū)混凝土承擔(dān)了大部分的剪力。

根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)及理論分析，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)形成斜壓桿。核心區(qū)開裂前，由于梁、柱端彎矩傳遞到節(jié)點(diǎn)區(qū)的壓力作用，沿核心區(qū)對(duì)角線方向形成混凝土受壓帶，并在受壓帶邊緣垂直受壓帶長(zhǎng)度方向產(chǎn)生拉應(yīng)力，隨著荷載增加，沿節(jié)點(diǎn)對(duì)角線產(chǎn)生斜裂縫,在斜裂縫之間形成混凝土斜壓桿，其抗剪機(jī)理是斜壓桿受壓機(jī)理，這與鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)相似，但是由于箍筋和螺栓以及端板的約束作用，使其受剪承載力比鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)中的混凝土大得多,在梁端彎矩Mb和剪力Vb作用下，其受力模式如圖6所示，其中，θ為斜壓桿與水平方向的夾角，H為寬度，可表示為節(jié)點(diǎn)核心區(qū)對(duì)角線的長(zhǎng)度乘以某一比值α，H=α[KG-*3][KF(]h2c+h2b[KF)]，hc為柱截面高度，hb為梁截面高度。

圖6節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土斜壓桿受力模式

Fig.6Concrete Oblique Compression Bar Stress Pattern in Joint Core

節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土的承載力由混凝土斜壓桿的抗壓強(qiáng)度決定，斜壓桿的水平分力即混凝土抗剪貢獻(xiàn)?；炷列眽簵U的方向和寬度與節(jié)點(diǎn)受的壓力、彎矩有關(guān)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)受到軸壓力作用時(shí)，其核心受壓范圍較不受軸壓力作用節(jié)點(diǎn)范圍大，故斜壓桿的寬度較大，承載力也較大［6］。

節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土的抗震受剪承載力Vc可以用下式表示

Vc=fcbjHcos（θ）

（1）

式中：fc為混凝土抗壓強(qiáng)度；bj為節(jié)點(diǎn)截面寬度；d為混凝土斜壓桿的等效寬度。

一般情況下，節(jié)點(diǎn)截面高度hj等于柱截面高度hc，梁截面高度hb可表示為柱截面高度乘以某一系數(shù)β，寫成hb=βhc=βhj，則

H=α[KG-*5][KF(]h2j+β2h2j[KF)]=α[KG-*5][KF(]1+β2[KF)]hj

（2）

令特定系數(shù)γ=α[KG-*5][KF(]1+β2[KF)]cos(θ)，則混凝土的抗震受剪承載力為

Vc=γfcbjhj

（3）

γ綜合反映了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土在各種約束下的抗剪作用。根據(jù)各國試驗(yàn)資料并進(jìn)行相關(guān)回歸分析，得出混凝土抗剪影響系數(shù)建議值為γ=0.18。

綜上所述，本文中建議組合SC梁與CCSHRC柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)中混凝土的抗震受剪承載力計(jì)算公式為

Vc=0.18fcbjhj

（4）

3.1.2鋼板箍的貢獻(xiàn)

端板鋼板箍主要傳遞翼緣和腹板的擠壓力，側(cè)面鋼板箍主要抗剪切，受力狀態(tài)和RCS結(jié)構(gòu)中的鋼梁腹板一樣（剪壓復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)），另外，本文的試驗(yàn)結(jié)果和各國試驗(yàn)研究結(jié)果表明，側(cè)面鋼板箍在節(jié)點(diǎn)破壞時(shí)，應(yīng)力達(dá)不到屈服強(qiáng)度，日本建筑學(xué)會(huì)規(guī)定鋼板箍的抗震受剪承載力計(jì)算中將其乘以系數(shù)0.5進(jìn)行折減，故建議鋼板箍的抗震受剪承載力Vbw按下式計(jì)算

Vbw=3 6twhwfya

（5）

式中：fya為鋼板箍單向拉伸屈服強(qiáng)度；tw為鋼板箍厚度；hw為鋼板箍長(zhǎng)度。

3.1.3箍筋的貢獻(xiàn)

在普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)中，節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋的基本作用是直接參與抗剪、約束節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土和防止柱中縱筋壓屈，它對(duì)提高節(jié)點(diǎn)的抗震性能起著重要的作用，因此無論在施工還是使用期間，節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋都是不可缺少的。相關(guān)試驗(yàn)中指出，在SC梁與CCSHRC柱節(jié)點(diǎn)中，節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋屈服較晚，不過在極限狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋仍能夠屈服。在SC梁與CCSHRC柱節(jié)點(diǎn)中，由于設(shè)置的一些節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施如鋼環(huán)箍等對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土提供了非常有效的約束作用，從而代替了箍筋的作用，故筆者建議不考慮箍筋對(duì)抗震受剪承載力的貢獻(xiàn)。

3.1.4軸壓力的貢獻(xiàn)

軸壓力對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震受剪承載力也有一定的影響。軸壓力的存在使得核心區(qū)混凝土增加了某一個(gè)方向的約束,從而抑制了混凝土裂縫的出現(xiàn)和開展,對(duì)提高節(jié)點(diǎn)的抗裂度與抗震受剪承載力有利。但是較大的軸壓力將加重SC梁與CCSHRC柱節(jié)點(diǎn)中核心區(qū)內(nèi)混凝土斜壓桿的負(fù)擔(dān)，尤其是當(dāng)節(jié)點(diǎn)剪壓比和軸壓比兩者都較大時(shí)，軸壓力對(duì)節(jié)點(diǎn)后期受力極為不利，將會(huì)使節(jié)點(diǎn)的延性降低。盡管較小的軸壓力對(duì)抗震受剪承載力的作用是有利的，但是框架柱在地震作用時(shí)軸壓力會(huì)發(fā)生變化，由于總彎曲的作用，有的邊柱的軸力會(huì)減少，在高層建筑中亦有可能變?yōu)槭芾钥拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮其對(duì)抗震的不利狀態(tài)。因此本文中建議SC梁與CCSHRC柱節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)時(shí)抗剪計(jì)算公式不把軸壓力作為有利因素即考慮混凝土作用，非抗震設(shè)計(jì)時(shí)可考慮軸壓力VN的影響，其計(jì)算公式為

VN=0.056N（6）

式中：N為柱軸壓力設(shè)計(jì)值。

3.2節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震受剪承載力計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比[ZK)]

綜上所述，本文中提出節(jié)點(diǎn)區(qū)的抗震受剪承載力計(jì)算公式為

Vc=0.18fcbjhj+3 6twhwfya

（7）

足尺試件試驗(yàn)中所測(cè)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪力及按本文中建議公式計(jì)算所得抗震受剪承載力見表4。由表4可知，按本文中建議公式計(jì)算的抗震受剪承載力較試驗(yàn)值大，這是合理的，因?yàn)樽愠咴嚰囼?yàn)中發(fā)生的是梁鉸破壞，并非節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪切破壞，因此足尺試件節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震受剪承載力計(jì)算值要比試驗(yàn)值偏大。

表4[足尺試件抗震受剪承載力計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比

Tab.4[Comparison of Seismic Shear Capacity Between Calculation Values and Experiment Values of Full Scale Specimens

試件編號(hào) 承載力試驗(yàn)值S/kN 承載力計(jì)算值T/kN TS-1

LJD01 1 375.8 1 381.5 1.004

LJD02 1 434.2 1 448.7 1.010

4構(gòu)件設(shè)計(jì)

4.1高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力

高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力是要高強(qiáng)螺栓桿預(yù)拉伸，利用高強(qiáng)螺栓桿的預(yù)拉伸，使被連接構(gòu)件之間壓緊而產(chǎn)生靜摩擦力來傳遞剪力。預(yù)拉力對(duì)節(jié)點(diǎn)剛度的影響比較大，在較大的預(yù)拉力作用下，節(jié)點(diǎn)剛度比較大，節(jié)點(diǎn)可以很好地使鋼梁與混凝土柱的變形保持一致，其夾角始終保持90°不變，因而可以按剛性組合節(jié)點(diǎn)考慮。AISC 1999和Eurocode 3：1993規(guī)范中均取預(yù)拉力P=0.7Aefu，其中，Ae為有效截面面積，fu為極限強(qiáng)度，日本規(guī)范中的取值亦與《鋼構(gòu)造限界狀態(tài)設(shè)計(jì)指南》相仿。在鋼結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行端板螺栓連接設(shè)計(jì)時(shí)，施加預(yù)拉力P=0.6Aefu，節(jié)點(diǎn)屬于半剛性節(jié)點(diǎn)。

在組合梁混凝土柱框架結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土采用鋼板箍包圍，初始剛度有較大提高，與鋼結(jié)構(gòu)有較大區(qū)別，關(guān)鍵在于預(yù)拉力的大小，以下2組不同的預(yù)拉力試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以說明預(yù)拉力對(duì)節(jié)點(diǎn)剛性的影響，試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比見表5。在節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)1中實(shí)際有效應(yīng)力σ與極限強(qiáng)度fu比為0.61，直至0.5Pu（Pu為節(jié)點(diǎn)極限荷載）時(shí)節(jié)點(diǎn)為剛性，如圖7(a)所示;在節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)2中實(shí)際有效應(yīng)力σ與極限強(qiáng)度fu比為0.68，直至0.68Pu時(shí)節(jié)點(diǎn)為剛性，如圖7（b）所示。試驗(yàn)結(jié)果表明：節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)2的剛性區(qū)段荷載達(dá)到應(yīng)用彈性理論分析框架的極限狀態(tài)時(shí)荷載，故預(yù)拉力P=0.7Aefu時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以按剛性節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。

表5[螺栓桿預(yù)拉力比較

Tab.5Comparison of Bolt Pretension

螺栓型號(hào) 預(yù)拉力

P/kN 有效截面面積Ae/mm2

實(shí)際有效應(yīng)力σ/MPa

極限強(qiáng)度fu/MPa

σf-1u

M22 209.79 303 692.38 1 128 0.61

M30 391.00 561 696.97 1 026 0.68

圖7[螺栓桿預(yù)拉力位移關(guān)系

Fig.7[Relations of Bolt Pretension and Displacement

考慮擰緊螺栓時(shí)，預(yù)拉力P除使螺栓桿產(chǎn)生拉應(yīng)力外，還使螺栓桿產(chǎn)生剪應(yīng)力：①在正常施工條件下，即螺母的螺紋和下支撐面涂黃油潤(rùn)滑劑的條件下，或在原潤(rùn)滑劑未干的情況下擰緊螺栓時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)力的影響系數(shù)可取為1.2；②考慮螺栓材質(zhì)的不均勻性，引進(jìn)一個(gè)折減系數(shù)0.9；③施工時(shí)為了補(bǔ)償螺栓預(yù)應(yīng)力的松弛，一般超張拉幅度為5%~10%，因此采用一個(gè)超張拉系數(shù)0.9；④由于以螺栓的抗拉強(qiáng)度為準(zhǔn)，為安全起見，再考慮一個(gè)附加安全系數(shù)0.9；⑤考慮端板高強(qiáng)螺栓節(jié)點(diǎn)成為剛性節(jié)點(diǎn)需要在不利外荷載作用下端板與柱面始終壓緊，同時(shí)考慮混凝土徐變損失，故增大預(yù)拉力1.2倍，這樣高強(qiáng)螺栓預(yù)拉力P為

P=0.729fuAe

（8）

式中：對(duì)螺栓8.8級(jí)，取fu=830 MPa，對(duì)螺栓10.9級(jí)，取fu=1 040 MPa；P=0.7Aefu。

4.2端板厚度

高強(qiáng)螺栓端板連接是鋼結(jié)構(gòu)常用的連接形式，通常采用T型構(gòu)件模型設(shè)計(jì)理論進(jìn)行端板和螺栓設(shè)計(jì)。T型構(gòu)件連接在外力作用下，高強(qiáng)螺栓承受拉力，T型構(gòu)件受力后由于翼緣發(fā)生彎曲變形而形成杠桿作用（撬力作用），撬力使得螺栓拉力變大，對(duì)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和性能產(chǎn)生不利影響。當(dāng)翼緣較厚時(shí)，螺栓相對(duì)較弱，在受力過程中螺栓達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度而拉斷，T型構(gòu)件翼緣仍處在彈性范圍，彎曲變形很小，撬力可忽略不計(jì)。螺栓受力的計(jì)算模型見圖8，其中，F為水平荷載，a為螺栓中心至焊縫邊緣距離，Nbt為螺栓受拉承載力，My為翼緣板截面塑性彎矩，其公式為

（1]圖8[計(jì)算模型

Fig.8

Nbta=2My

(9)

My=1 6(bp/2)t2pfy(10)

式中：tp為端板厚度；bp為端板寬度。

聯(lián)立式（9），（10）用鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度f代替屈服強(qiáng)度，即得到端板厚度的計(jì)算公式為

[JZ（]tp≥6aNbt bpf

（11）

5結(jié)語

（1）SC梁與CCSHRC柱端板螺栓連接節(jié)點(diǎn)具有較大的承載力和較好的延性，是一種合理的節(jié)點(diǎn)形式。

（2）由于高強(qiáng)螺栓預(yù)壓力的存在以及鋼板箍的約束作用，使得節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土開裂較少,大大改善了節(jié)點(diǎn)區(qū)的抗剪能力,同時(shí)也能提高節(jié)點(diǎn)的剛度。

（3）提出的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震受剪承載力計(jì)算公式可供工程實(shí)際參考。

參考文獻(xiàn)：

References:

［1］嚴(yán) 薇，曹永紅，李國榮.裝配式結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展與建筑工業(yè)化［J］.重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26（5）：131136．

YAN Wei,CAO Yonghong,LI Guorong.Development of Assemblytype RC Structure and Building Industrialization［J］.Journal of Chongqing Jianzhu University,2004,26(5):131136.

［2］馬宏偉.組合梁與連續(xù)復(fù)合螺旋箍混凝土柱節(jié)點(diǎn)研究［D］.西安:西安建筑科技大學(xué)，2003．

MA Hongwei.Study on the Joints of Composite Beam and Continuous Compound Spiral Hoop Reinforced Concrete Column［D］.Xian:Xian University of Architecture and Technology,2003.

［3］JGJ 101—96，建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程［S］．

JGJ [KG-*3]101—96,Specification of Testing Methods for Earthquake Resistant Building［S］.

［4］毛煒烽，伍云天，肖 巖，等.高強(qiáng)螺栓連接鋼梁混凝土柱組合節(jié)點(diǎn)的抗震性能［J］.工業(yè)建筑，2005，35(11):14．

MAO Weifeng,WU Yuntian XIAO Yan,et al.Experimental Research on Seismic Behavior of Bolted Steel Beam to RC Column Connections［J］.Industrial Construction,2005,35(11):14.

［5］張曉雷，白國良，戴維忠，等.RCS組合結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力機(jī)理及承載力分析［J］.工業(yè)建筑，2008，38（增1）：602605.

ZHANG Xiaolei,BAI Guoliang,DAI Weizhong,et al.Shear Mechanism and Strength Analysis of RCS Composite Structure Joints［J］.Industrial Construction,2008,38(S1):602605.

［6］羅平航.鋼混凝土組合梁與連續(xù)復(fù)合螺旋箍筋混凝土柱節(jié)點(diǎn)抗震性能研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.

LUO Pinghang.Research of Seismic Behavior on the Joint of Steelconcrete Composite Beam and Continuous Compound Spiral Hoop Reinforced Concrete Column［D］.Xian:Xian University of Architecture and Technology,2008.

P=0.729fuAe

（8）

式中：對(duì)螺栓8.8級(jí)，取fu=830 MPa，對(duì)螺栓10.9級(jí)，取fu=1 040 MPa；P=0.7Aefu。

4.2端板厚度

高強(qiáng)螺栓端板連接是鋼結(jié)構(gòu)常用的連接形式，通常采用T型構(gòu)件模型設(shè)計(jì)理論進(jìn)行端板和螺栓設(shè)計(jì)。T型構(gòu)件連接在外力作用下，高強(qiáng)螺栓承受拉力，T型構(gòu)件受力后由于翼緣發(fā)生彎曲變形而形成杠桿作用（撬力作用），撬力使得螺栓拉力變大，對(duì)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和性能產(chǎn)生不利影響。當(dāng)翼緣較厚時(shí)，螺栓相對(duì)較弱，在受力過程中螺栓達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度而拉斷，T型構(gòu)件翼緣仍處在彈性范圍，彎曲變形很小，撬力可忽略不計(jì)。螺栓受力的計(jì)算模型見圖8，其中，F為水平荷載，a為螺栓中心至焊縫邊緣距離，Nbt為螺栓受拉承載力，My為翼緣板截面塑性彎矩，其公式為

（1]圖8[計(jì)算模型

Fig.8

Nbta=2My

(9)

My=1 6(bp/2)t2pfy(10)

式中：tp為端板厚度；bp為端板寬度。

聯(lián)立式（9），（10）用鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度f代替屈服強(qiáng)度，即得到端板厚度的計(jì)算公式為

[JZ（]tp≥6aNbt bpf

（11）

5結(jié)語

（1）SC梁與CCSHRC柱端板螺栓連接節(jié)點(diǎn)具有較大的承載力和較好的延性，是一種合理的節(jié)點(diǎn)形式。

（2）由于高強(qiáng)螺栓預(yù)壓力的存在以及鋼板箍的約束作用，使得節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土開裂較少,大大改善了節(jié)點(diǎn)區(qū)的抗剪能力,同時(shí)也能提高節(jié)點(diǎn)的剛度。

（3）提出的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震受剪承載力計(jì)算公式可供工程實(shí)際參考。

參考文獻(xiàn)：

References:

［1］嚴(yán) 薇，曹永紅，李國榮.裝配式結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展與建筑工業(yè)化［J］.重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26（5）：131136．

YAN Wei,CAO Yonghong,LI Guorong.Development of Assemblytype RC Structure and Building Industrialization［J］.Journal of Chongqing Jianzhu University,2004,26(5):131136.

［2］馬宏偉.組合梁與連續(xù)復(fù)合螺旋箍混凝土柱節(jié)點(diǎn)研究［D］.西安:西安建筑科技大學(xué)，2003．

MA Hongwei.Study on the Joints of Composite Beam and Continuous Compound Spiral Hoop Reinforced Concrete Column［D］.Xian:Xian University of Architecture and Technology,2003.

［3］JGJ 101—96，建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程［S］．

JGJ [KG-*3]101—96,Specification of Testing Methods for Earthquake Resistant Building［S］.

［4］毛煒烽，伍云天，肖 巖，等.高強(qiáng)螺栓連接鋼梁混凝土柱組合節(jié)點(diǎn)的抗震性能［J］.工業(yè)建筑，2005，35(11):14．

MAO Weifeng,WU Yuntian XIAO Yan,et al.Experimental Research on Seismic Behavior of Bolted Steel Beam to RC Column Connections［J］.Industrial Construction,2005,35(11):14.

［5］張曉雷，白國良，戴維忠，等.RCS組合結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力機(jī)理及承載力分析［J］.工業(yè)建筑，2008，38（增1）：602605.

ZHANG Xiaolei,BAI Guoliang,DAI Weizhong,et al.Shear Mechanism and Strength Analysis of RCS Composite Structure Joints［J］.Industrial Construction,2008,38(S1):602605.

［6］羅平航.鋼混凝土組合梁與連續(xù)復(fù)合螺旋箍筋混凝土柱節(jié)點(diǎn)抗震性能研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.

LUO Pinghang.Research of Seismic Behavior on the Joint of Steelconcrete Composite Beam and Continuous Compound Spiral Hoop Reinforced Concrete Column［D］.Xian:Xian University of Architecture and Technology,2008.

P=0.729fuAe

（8）

式中：對(duì)螺栓8.8級(jí)，取fu=830 MPa，對(duì)螺栓10.9級(jí)，取fu=1 040 MPa；P=0.7Aefu。

4.2端板厚度

高強(qiáng)螺栓端板連接是鋼結(jié)構(gòu)常用的連接形式，通常采用T型構(gòu)件模型設(shè)計(jì)理論進(jìn)行端板和螺栓設(shè)計(jì)。T型構(gòu)件連接在外力作用下，高強(qiáng)螺栓承受拉力，T型構(gòu)件受力后由于翼緣發(fā)生彎曲變形而形成杠桿作用（撬力作用），撬力使得螺栓拉力變大，對(duì)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和性能產(chǎn)生不利影響。當(dāng)翼緣較厚時(shí)，螺栓相對(duì)較弱，在受力過程中螺栓達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度而拉斷，T型構(gòu)件翼緣仍處在彈性范圍，彎曲變形很小，撬力可忽略不計(jì)。螺栓受力的計(jì)算模型見圖8，其中，F為水平荷載，a為螺栓中心至焊縫邊緣距離，Nbt為螺栓受拉承載力，My為翼緣板截面塑性彎矩，其公式為

（1]圖8[計(jì)算模型

Fig.8

Nbta=2My

(9)

My=1 6(bp/2)t2pfy(10)

式中：tp為端板厚度；bp為端板寬度。

聯(lián)立式（9），（10）用鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度f代替屈服強(qiáng)度，即得到端板厚度的計(jì)算公式為

[JZ（]tp≥6aNbt bpf

（11）

5結(jié)語

（1）SC梁與CCSHRC柱端板螺栓連接節(jié)點(diǎn)具有較大的承載力和較好的延性，是一種合理的節(jié)點(diǎn)形式。

（2）由于高強(qiáng)螺栓預(yù)壓力的存在以及鋼板箍的約束作用，使得節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土開裂較少,大大改善了節(jié)點(diǎn)區(qū)的抗剪能力,同時(shí)也能提高節(jié)點(diǎn)的剛度。

（3）提出的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震受剪承載力計(jì)算公式可供工程實(shí)際參考。

參考文獻(xiàn)：

References:

［1］嚴(yán) 薇，曹永紅，李國榮.裝配式結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展與建筑工業(yè)化［J］.重慶建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26（5）：131136．

YAN Wei,CAO Yonghong,LI Guorong.Development of Assemblytype RC Structure and Building Industrialization［J］.Journal of Chongqing Jianzhu University,2004,26(5):131136.

［2］馬宏偉.組合梁與連續(xù)復(fù)合螺旋箍混凝土柱節(jié)點(diǎn)研究［D］.西安:西安建筑科技大學(xué)，2003．

MA Hongwei.Study on the Joints of Composite Beam and Continuous Compound Spiral Hoop Reinforced Concrete Column［D］.Xian:Xian University of Architecture and Technology,2003.

［3］JGJ 101—96，建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程［S］．

JGJ [KG-*3]101—96,Specification of Testing Methods for Earthquake Resistant Building［S］.

［4］毛煒烽，伍云天，肖 巖，等.高強(qiáng)螺栓連接鋼梁混凝土柱組合節(jié)點(diǎn)的抗震性能［J］.工業(yè)建筑，2005，35(11):14．

MAO Weifeng,WU Yuntian XIAO Yan,et al.Experimental Research on Seismic Behavior of Bolted Steel Beam to RC Column Connections［J］.Industrial Construction,2005,35(11):14.

［5］張曉雷，白國良，戴維忠，等.RCS組合結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力機(jī)理及承載力分析［J］.工業(yè)建筑，2008，38（增1）：602605.

ZHANG Xiaolei,BAI Guoliang,DAI Weizhong,et al.Shear Mechanism and Strength Analysis of RCS Composite Structure Joints［J］.Industrial Construction,2008,38(S1):602605.

［6］羅平航.鋼混凝土組合梁與連續(xù)復(fù)合螺旋箍筋混凝土柱節(jié)點(diǎn)抗震性能研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2008.

LUO Pinghang.Research of Seismic Behavior on the Joint of Steelconcrete Composite Beam and Continuous Compound Spiral Hoop Reinforced Concrete Column［D］.Xian:Xian University of Architecture and Technology,2008.