带抗剪环的钢管混凝土柱脚节点受力性能的试验研究

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1、铁道建筑2012年第4期RailwayEngineering23文章编号：1003．1995(2012)04．0023．04带抗剪环的钢管混凝土柱脚节点受力性能的试验研究王毅红，胡静，薛源，卜永红(1．长安大学建筑工程学院，陕西西安710061；2．榆林市审计局，陕西榆林719000)摘要：提出一种新型的钢管混凝土柱和钢筋混凝土基础梁连接的柱脚节点形式。在钢管混凝土柱外，加焊环形钢筋抗剪环埋入基础梁中，一次浇筑混凝土形成刚性节点。通过2个缩尺模型试验，研究在竖向荷载作用下，柱脚的破坏过程、破坏形态和极限承载力，以验证节点构造的合理性。与不加抗剪环的节点相比

2、，有抗剪环的节点承载力明显提高，随抗剪环数量增加，节点的破坏形式由冲切破坏转变为剪切破坏。破坏时，基础梁内大多数钢筋达到屈服状态。节点施工方便，构造简单，可推荐用于实际工程。关键词：钢管混凝土柱基础梁柱脚节点抗剪环冲切破坏中图分类号：TU528．571文献标识码：A钢管混凝土工程应用广泛，钢管混凝土节点性能=30．2MPa，弹性模量Ec=3．0X10MPa；试件钢是影响结构总体性能的重要因素。近年来钢管混凝土材性能见表1。梁柱节点的研究成果较多。但钢管混凝土柱和钢管混凝土基础连接的柱脚节点方面的研究较少。现行相关规程。关于柱脚节点的设计和构造规定也较少。本

3、文提出一种新型的柱脚节点，在钢管混凝土柱外表面贴焊抗剪环。将贴焊抗剪环的钢管柱脚直接固定在绑扎好钢筋的基础梁内，钢管柱脚管内混凝土与基础梁混凝土同时浇注，使柱脚和基础形成一体。节点构造简单，施工方便。通过缩尺模型试验，研究钢管混凝土图1试件外观柱埋入钢筋混凝土条形基础的柱脚节点受力性能。验证该柱脚节点构造的合理性，研究设置抗剪环后，柱脚节点在竖向荷载作用下的破坏形态和极限承载力以及影响柱脚承载力的因素。ii1试验概况．睾¨∞L②1．1试件设计oo共设计了2个相同的柱脚节点构件，试件编号分图2试件几何尺寸及配筋(单别为ZJ／J．5和ZJ／J．6，缩尺比例为1

4、：6，试件外观见图1。几何尺寸和配筋见图2，钢管埋置深度为220mm。试件ZJ／J．5和试件zJ／J．6两者不同之处在于试件ZJ／J一5在管壁上贴焊了3道8钢筋抗剪环(图3)，而试件ZJ／J一6贴焊了2道6钢筋抗剪环(图4)。1．2材料性能试件混凝土强度等级为C30，其实测立方体强度收稿日期：2011-07—22；修回日期：2012—01．10柱脚构造环板基金项目：陕西省自然科学基金项目(2006E208)图3试件ZJ／J一5示意及柱脚构造环板(单位：mm)作者简介：王毅红(1955一)，女，山东烟台人，教授，博士。铁道建筑1O8图4试件ZJ／J一6示意(

5、单位：mm)图7基础梁混凝土应变片贴片位置及编号示意(单位：mm)表1钢筋材料性能11．3试件测点布置和测量内容墩试件上布置了位移计、电阻应变片等测点，试件应(a)装置示意变数据由DH3816数据采集系统自动采集。主要测量钢管、纵筋、箍筋和混凝土的应变，混凝土裂缝宽度，开裂荷载和极限荷载，荷载一挠度曲线。试件应变测点布置如图5～图7所示。fb)加载实况图8加载装置及采集数据；开裂后每级50kN，每级持荷2～5min，直加至试件破坏。图5钢管应变片的布置及编号示意(单位：mm)2试验现象试件ZJ／J一5：加载初期，试件梁处于弹性阶段，跨中挠度较小。当荷载加至

6、开裂荷载(150kN)时，在两IlII支座附近首先出现与梁底约35。的斜向裂缝。随着荷I⑦一I⑧⑩IlI⑩I@l．L上载的增加，斜裂缝逐渐沿45。方向向梁顶延伸，同时在I—⑤(⑥)I一梁底跨中和梁两侧中部出现多条垂直裂缝和斜裂缝。1200当荷载加至极限荷载(590kN)时，梁一端的一条斜裂缝贯穿整个梁高，且宽度急剧增大，达到1．0mm，形成图6基础梁纵筋和箍筋应变片位置及编号示意(单位：mm)破坏主裂缝，试件破坏。梁中部其他相互连通形成类1．4试件加载装置及加载制度似锥形的细裂缝，跨中的垂直细裂缝也向上发展与类采用反力架加载，在钢管柱头放置一台200t千斤

7、似锥形裂缝交在一起，这些裂缝的宽度都很小。试件顶。柱脚试件梁两端简支。千斤顶对柱头加集中荷的裂缝见图9。载，加载装置见图8。加载采用分级加载，即以每级试件ZJ／J-6：加载初期，与ZJ／J一5表现基本相同。20kN]J~l载至试件开裂，持荷2—5min用以观察、记录当荷载加至开裂荷载(120kN)时，在梁两侧中部首先26铁道建筑了突变，说明该区域出现了裂缝。1号(图l6(a))和5号(图16(C))应变花处的应力状态基本相同，其主拉应力为1．86MPa，主压应力为14．8MPa，剪应力为至6．6MPa，主应力角为42．4。。6号应变花(图16(d))柱的主

8、拉应力为5．08MPa，主压应力为31．1MPa，剪应力为18．1