鋼管混凝土柱與鋼梁節(jié)點性能研究

張燕 李政

[摘 要] 本文通過對4個方鋼管混凝土中柱與鋼梁外加強環(huán)式節(jié)點的擬靜力試驗，研究節(jié)點在不同軸壓比條件下節(jié)點的破壞特征、破壞機理和抗震性能等。試驗結(jié)果表明，在達到極限強度后節(jié)點的強度及剛度退化緩慢，具有較好的延性和變形能力，具有良好的耗能能力。

[關(guān)鍵詞] 鋼管混凝土柱;鋼梁;節(jié)點;抗震性能

[基金項目] 河套學(xué)院2017年校級自然科學(xué)青年項目“鋼管混凝土柱與鋼梁外加強環(huán)節(jié)點的力學(xué)性能研究”（HYZQ201714）

[作者簡介] 張 燕（1986—），女，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，碩士，河套學(xué)院講師，研究方向為組合結(jié)構(gòu)和巖土工程。

[中圖分類號] TU398.9? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）26-0389-02? ? [收稿日期] 2019-12-30

一、引言

隨著我國高層、超高層建筑技術(shù)的迅速發(fā)展，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)因其承載力高、塑性和韌性好、制作和施工方便、耐火性能較強、經(jīng)濟效果較好而發(fā)展迅速[1]。由于梁柱節(jié)點是各種力的交匯之處，節(jié)點受力模式較一般構(gòu)件更為復(fù)雜，特別是在地震的作用下，節(jié)點的受力更為復(fù)雜，而且節(jié)點聯(lián)系著多個構(gòu)件，故其失效的后果更為嚴重，因此，節(jié)點受力是否合理直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全可靠性。本文本著這一目的進行了試驗研究。

二、試驗概況

（一）試驗方法

本試驗采用擬靜力試驗方法對矩形鋼管混凝土柱與鋼梁外加強環(huán)式節(jié)點進行抗震性能研究。進行結(jié)構(gòu)的擬靜力試驗，主要目的是，在考慮地震的作用時，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的恢復(fù)力計算模型，通過試驗測得滯回曲線，由滯回曲線所包圍的面積求得結(jié)構(gòu)的等效阻尼比，從而可以衡量結(jié)構(gòu)的耗能能力，同時在分析計算中還可得到骨架曲線，由上面的數(shù)據(jù)可以判斷和鑒定結(jié)構(gòu)的抗震性能。

（二）試件設(shè)計與制作

試驗選取框架中的邊中柱節(jié)點，鋼梁和鋼管混凝土柱的長度都取到其反彎點處，再按一定的比例縮放，比例取為1∶3。四個試件的節(jié)點都采用外加強環(huán)式節(jié)點[3]，試件參數(shù)見表1。

（三）試驗裝置和加載制度

本試驗采用擬靜力試驗方法進行加載。根據(jù)《建筑抗震試驗方法規(guī)程》[6]（JGJ101-96），采用控制位移和控制力的混合加載法。試驗進行時，將豎向荷載逐級加到預(yù)定值，之后保持豎向荷載不變，水平荷載采用荷載——位移混合控制的加載制度。

三、試驗結(jié)果及分析

（一）骨架曲線

骨架曲線能夠反映結(jié)構(gòu)的強度、變形性能，它是取荷載——位移曲線每一加載級第一循環(huán)峰值點連成的曲線[3]。圖1所示為SJ1、SJ2、SJ3及SJ4的骨架曲線。由圖可以看出，當(dāng)荷載達到極限荷載后，我們發(fā)現(xiàn)試件仍然有良好的延性和后期變形能力。

（二）耗能性能

耗能能力是衡量結(jié)構(gòu)抗震性能的重要指標，常用等效粘滯阻尼系數(shù)h衡量結(jié)構(gòu)的能量耗散能力[8]。在本次試驗中，h的計算是選擇試件破壞前最后一循環(huán)的滯回環(huán)來計算的，用式1來計算等效粘滯阻尼系數(shù)h：

根據(jù)我國《建筑抗震試驗方法規(guī)程》[6]的相關(guān)規(guī)定，關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)的抗震試驗，衡量構(gòu)件的能量耗散能力可以用能量耗散系數(shù)E來表示。方法是取試件的荷載—位移滯回曲線破壞前最后一循環(huán)的滯回環(huán)計算能量耗散系數(shù)E，計算式如下：

四、結(jié)語

通過對4個方鋼管混凝土中柱與鋼梁外加強環(huán)式節(jié)點的擬靜力試驗研究，可得到以下結(jié)論：

1.方鋼管混凝土柱與鋼梁的外加強環(huán)節(jié)點隨著水平荷載的逐級增加，承載能力增加，極限位移和破壞位移也有相應(yīng)的增加，但是，總體增長幅度較小。

2.鋼管混凝土節(jié)點試件的等效粘滯阻尼系數(shù)大于鋼筋混凝土節(jié)點的等效粘滯阻尼系數(shù)，且不小于型鋼混凝土節(jié)點的等效粘滯阻尼系數(shù)，由此可以說明，這種節(jié)點具有較好的耗能能力。

參考文獻

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[7]中華人民共和國國家標準.GB50011—2001.建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].北京，2008.

Study on the Performance of Concrete-filled Steel Tubular Column and Steel Beam Joint

ZHANG Yan1，LI Zheng2

（1.Hetao College，Bayannur，Inner Mongolia 015000，China;

2.Natural Resources Bureau of Hangjinhouqi，Ordos，Inner Mongolia 015400，China）

Abstract：In this paper，the failure characteristics，failure mechanism and seismic performance of the joints under different axial compression ratio are studied by quasi-static test of four joints of concrete-filled steel tubular column and steel beam with reinforced rings.The results show that the strength and stiffness of the joints are degraded slowly and have good ductility and deformation ability after reaching the ultimate strength.

Key words：concrete-filled steel tubular columns;steel beam;joint;seismic performance