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1、第24卷第13期甘肃科技Vol.24No.132008年7月GansuScienceandTechnologyJul.2008大跨度预应力型钢混凝土梁结构节点试验研究宋继(中铁第一勘察设计院有限公司城建院,陕西西安710043)摘要:呼和浩特火车东站站房为大跨度钢结构屋盖,关键位置的梁柱节点为钢管混凝土柱,型钢混凝土梁,梁内设预应力钢绞线,节点核心区受力复杂。已有的研究成果已经证明了预应力混凝土、型钢混凝土、钢管混凝土三个技术各自或者两者结合的优点,但是没有三者结合的设计依据。故在设计上选择一处复杂节点,制作了1∶4
2、节点模型进行荷载试验,研究其节点应力特征,通过试验验证其节点设计的安全合理。关键字:钢管混凝土;型钢混凝土;预应力;节点;试验研究中图分类号:TU755关键梁柱节点设计主要情况如下:柱为钢管混凝土1工程概况柱(外包钢管,内灌素混凝土);框架梁为型钢混凝土呼和浩特火车站建筑宏伟新颖,采用27×31大梁(内包型钢,外包钢筋混凝土),同时,梁内设置预2柱网,±0.00层最大恒、活荷载分别为9KN/m和应力钢绞线,并且穿过梁柱节点核心区,锚固于节点218KN/m(消防车荷载);8.50m层为高架候车室,核心区外侧。设计采用了
3、多种新技术,由此带来的22荷载为8.5KN/m和3.5KN/m。另外,净空控制是节点构造复杂,尤其是节点核心区受力复杂,工程要求梁高较小。为了实现以上大跨重载的建筑要中并无现成的先例可循,以上三种技术的国家现行求,控制结构开裂和变形,结构设计采用了钢管混凝规范是分开编制的,相应的计算公式都是独立分开土柱和预应力型钢混凝土梁加预应力技术。钢管混的,另外从目前的试验理论研究以及工程应用,仍未凝土柱直径为1600～2100mm,壁厚40～60mm;框有三者结合的先例。所以三者结合没有设计依据。架主梁两边支座约1/5跨范围内
4、采取预应力型钢混因此对该节点设计了1∶4缩尺比例模型,在西南交凝土梁,而梁跨中约3/5范围为预应力钢筋混凝土通大学结构试验中心进行了机理试验,采集一些重梁。次梁均采用预应力钢筋混凝土技术。以上预应要的力学响应指标,为结构设计提供依据。力均为有粘结预应力技术。下部支撑结构局部位置图1结构平面布置图112甘肃科技第24卷2试件设计与制作2.1试件设计为验证设计中所采用的计算分析程序及计算参数是否适当,计算结果是合理及设计中所采取的构造措施是否得当,本工程在开展设计的同时,委托西南交通大学土木工程学院对上述节点按1∶4的实
5、体模型进行了载荷试验。以便直观的考察该节点在静载作用下的受力行及节点区域传力机理与破坏状态。进行试验研究的节点为施工图二层其中一个图1c成型的节点试件11轴与F轴相交的边梁柱节点,试件几何尺寸按12.2应变片设置∶4缩小,普通钢筋和预应力筋面积按1∶16减小,为了测量各级荷载下不同部位的应力、应变,试钢板厚度按1∶4为基准并考虑强度设计值和钢板件在环板、加劲肋、普通钢筋等受力较大部位设置了型号后折减。普通钢筋根据折减后的面积和设计截应变片。面尺寸配置钢筋,钢筋根数比原设计要少很多,但在2.3钢筋焊接抗弯能力上是符合比
6、例要求的。试件预应力筋的预因为环板尺寸较小,钢筋与环板的焊接长度不留孔洞是按比例设置的(孔洞数量与原设计相同)。可能达到原设计要求,因此在保证焊接质量的前提节点试件示意图见图1。下要减少焊接长度,经焊接拉伸试验,焊缝长度在50mm左右时,可满足要求。3试验过程与结果3.1加载装置试验节点有4根梁呈K形相交,试验需要在4根梁顶施加竖向荷载。根据试验条件,将试件旋转90°,即柱水平放置,梁顶的竖向荷载变为水平荷载,该水平荷载很容易通过千斤顶依靠反力墙作为支撑来施加。试验模型见图2。图2整体试验模型3.2加载方式试验的加载
7、方式有两种,分为静力加载及低周往复加载。静力加载共分12级,逐级由小到大,静力加载级别表见表1。每级加载到位后,测量各应第13期宋继:大跨度预应力型钢混凝土梁结构节点试验研究113变片应变、观察裂缝是否产生、测量裂缝宽度。对两梁相向加载,加载按位移控制,每级位移为梁长度的根主梁端部施加低周往复荷载。加载制度为:两根1%。表1静力加载级别表第第第第第第第第第第第第加载等级加预123456789101112千斤顶荷载应力级级级级级级级级级级级级F轴梁千斤顶(kN)04080120160200240280320400480
8、520580其它梁千斤顶(kN)040801201602002402803203604004404803.3静载试验结果梁受拉钢筋屈服时,节点核心区内环板应力均处于为了考察结构在静载作用下的受力行为,对试弹性状态。裂缝见图4。件每根梁同时施加单向静力荷载直至梁端部受拉钢试验中记录了试件不同部位的应力应变结果,筋屈服。加载部位为梁变截面处,目的是
