半剛性節(jié)點(diǎn)鋼框架內(nèi)填鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究

1、基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(50378058作者簡(jiǎn)介:彭曉彤,博士,副教授收稿日期:2007-02-半剛性節(jié)點(diǎn)鋼框架內(nèi)填鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究彭曉彤1顧強(qiáng)2林晨3(1.濟(jì)南大學(xué),山東濟(jì)南250022;2.蘇州科技學(xué)院,江蘇蘇州215011;3.山東工藝美術(shù)學(xué)院,山東濟(jì)南250014摘要:鋼框架內(nèi)填鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)(SRCW 彌補(bǔ)了傳統(tǒng)抗彎鋼框架側(cè)向剛度不足的缺點(diǎn),為采用較為經(jīng)濟(jì)的半剛性節(jié)點(diǎn)提供了可能。為了研究該結(jié)構(gòu)體系的滯回性能和傳力機(jī)理,對(duì)一榀1/3比例采用半剛性節(jié)點(diǎn)的SRCW 結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平循環(huán)加載試驗(yàn),從整體性能、局部性能和傳力機(jī)理三個(gè)方面對(duì)試件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。結(jié)果表明:該結(jié)構(gòu)

2、擁有多重側(cè)向力傳遞途徑,因而具有較高的側(cè)向承載力和強(qiáng)度儲(chǔ)備,其側(cè)向極限承載力為設(shè)計(jì)承載力的3.11倍;結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出良好的延性和耗能能力;栓釘?shù)膹?qiáng)度、數(shù)量和位置都直接影響到結(jié)構(gòu)的各個(gè)性能指標(biāo);鋼框架承擔(dān)80%100%的傾覆彎矩,剪力墻承擔(dān)80%90%的側(cè)向力;節(jié)點(diǎn)剛度不宜過(guò)大,采用半剛性節(jié)點(diǎn)是合理的,并在此基礎(chǔ)上提出了設(shè)計(jì)建議。關(guān)鍵詞:SRCW 結(jié)構(gòu);半剛性節(jié)點(diǎn);滯回性能;試驗(yàn)研究中圖分類(lèi)號(hào):TU398文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1000-131X (200801-0064-06Experimental study on steel frame-reinforced concrete infill w

3、allstructures with semi-rigid jointsPeng Xiaotong 1Gu Qiang 2Lin Chen 3(1.University of Jinan,Jinan 250022,China ;2.Suzhou University of Science and Technology,Suzhou 215011,China;3.Shandong University of Art and Design,Jinan 250014,China Abstract:The composite steel frame-reinforced concrete infill

4、 wall (SRCW structural system increases the lateral stiffness of the traditional moment resistant steel frame,which provides the opportunity to use partially-restrained (PR instead of more expensive fully-restrained connections.In order to study the hysteretic behavior and force distribution of such

5、 structural system,a model of one-third scale was tested under cyclic load,and based on which the general behavior,local response and force distribution of the model were analyzed and evaluated.The experimental results indicate that the structure has ample lateral bearing capacity and high safety fa

6、ctor for its multiple load-transfer paths.The ultimate lateral baring capacity is 3.11times of the design lateral load.The structure performs well in ductility and energy dissipation.The strength,number and location of headed studs significantly affect theperformances of the structure.The steel fram

7、ework undertakes 80%100%of the whole overturning moment and the infill wall takes 80%90%of overall lateral load.It is more suitable to use partially-restrained connections than fully-restrained connections.Keywords:SRCW structure;partially-restrained connection;hysteretic behavior;experimental study

8、 E-mail:pengxito引言抗彎鋼框架存在側(cè)向剛度弱、水平荷載作用下變形較大及強(qiáng)震下節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)能力不足等問(wèn)題,在設(shè)計(jì)中可采用側(cè)向支撐來(lái)滿足工程使用的要求。典型的支撐框架結(jié)構(gòu)是由承受重力荷載的框架和抗側(cè)力體系兩部分組成?？箓?cè)力體系若采用鋼板剪力墻時(shí)穩(wěn)定問(wèn)題突出,造成在設(shè)計(jì)中不得不采用厚板或加勁鋼板墻方案,經(jīng)濟(jì)效果較差。采用鋼筋混凝土剪力墻可降低造價(jià)、節(jié)約鋼材,并可按照設(shè)計(jì)澆注成各種復(fù)雜斷面形式,經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)可獲得較好的抗震性能。由于鋼筋混凝土剪力墻抗側(cè)移剛度大,彌補(bǔ)了鋼框架側(cè)向剛度土木工程學(xué)報(bào)CHIN A CIVIL ENGINEERING JOURNAL第41卷第1期2008年1月Vol

9、 .41No.1Jan .2008第41卷第1期不足的缺點(diǎn),從而降低了鋼框架對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震的要求。由此激發(fā)了一種新的設(shè)計(jì)理念,提出了半剛性節(jié)點(diǎn)鋼框架內(nèi)填鋼筋混凝土剪力墻混合結(jié)構(gòu)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)SRCW。SRCW 結(jié)構(gòu)為鋼-混凝土混合的框剪結(jié)構(gòu),鋼框架與鋼筋混凝土剪力墻之間采用栓釘連接,形成組合作用(見(jiàn)圖1。鋼框架作為邊界構(gòu)件抵抗全部豎向荷載和大部分整體彎矩,而RC (鋼筋混凝土內(nèi)填充墻可承擔(dān)幾乎全部水平力,并可有效地提高結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度,減小側(cè)移,降低對(duì)鋼框架的抗震要求。因此系統(tǒng)研究SRCW 結(jié)構(gòu)的滯回性能,提出抗震設(shè)計(jì)建議具有理論和工程意義。本文通過(guò)試驗(yàn)研究就SRCW 結(jié)構(gòu)的滯回性能和傳力機(jī)理進(jìn)行分析與評(píng)

10、價(jià)。1試驗(yàn)方案1.1試件設(shè)計(jì)、試驗(yàn)裝置原型結(jié)構(gòu)為6層鋼框架剪力墻結(jié)構(gòu),層高3.9m ,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35,鋼材選用Q345鋼,擬作辦公樓。試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿∽院诵膮^(qū)的一榀SRCW 結(jié)構(gòu)的底部?jī)蓪?并按13的相似系數(shù)來(lái)制作試件(圖2?？蚣苤鶑?qiáng)軸垂直于框架平面,取材為熱軋寬翼緣工字鋼,規(guī)格為HW150×150,梁為熱軋工字鋼,規(guī)格為I18,鋼材均為Q235-B 。剪力墻厚90mm ,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35,墻內(nèi)水平分布鋼筋為HPB235(級(jí)鋼筋d=8mm ,間距120mm ,配筋率為0.895%;墻內(nèi)豎向分布鋼筋為HPB235(級(jí)鋼筋d=6mm ,間距120mm ,配筋率為0.505%。暗柱

11、、暗梁內(nèi)縱向受力鋼筋為4根HPB335(級(jí)鋼筋d=8mm ;箍筋為鋼絲d=4mm ,間距50mm 。抗剪栓釘直徑為13mm ,全長(zhǎng)為95mm ;釘頭厚度為10mm ,釘頭直徑22mm ,沿鋼框架梁、柱與內(nèi)填剪力墻接觸的四周以間距110mm 設(shè)置。四角鋼半剛性節(jié)點(diǎn),采用角鋼(L140×90×10及高強(qiáng)螺栓M 16將梁上、下翼緣與柱翼緣連接;用角鋼2L63×6及高強(qiáng)螺栓M12將梁腹板與柱翼緣相連。高強(qiáng)螺栓為大六角型,級(jí)別為10.9s ,材質(zhì)為20M nTiB 。角鋼材質(zhì)為Q235-B 。如圖2,利用兩臺(tái)100t 的水平作動(dòng)器并排作用在試件頂端的加載梁上,實(shí)施循環(huán)反復(fù)加

12、載。在試件兩側(cè)中梁的位置分別安裝兩個(gè)工字鋼梁來(lái)提供側(cè)向約束。試件底部利用基礎(chǔ)壓梁和水平支撐來(lái)實(shí)現(xiàn)固端約束。1.2量測(cè)方案和加載方式柱子的關(guān)鍵位置(每層柱的上、中、下三個(gè)截面處、節(jié)點(diǎn)的頂?shù)捉卿撎?、中間梁兩端、每個(gè)栓釘根部對(duì)稱(chēng)部位分別設(shè)置應(yīng)變片(應(yīng)變花來(lái)得到變形值(內(nèi)力值。地梁、中梁和頂梁端處設(shè)置3個(gè)位移計(jì)來(lái)測(cè)其水平位移;柱子的節(jié)點(diǎn)域設(shè)置斜向位移計(jì)來(lái)量測(cè)剪切變形;梁端的上下翼緣水平設(shè)置兩個(gè)位移計(jì)并將測(cè)點(diǎn)生根于柱翼緣來(lái)量測(cè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)位移;沿混凝土墻對(duì)角線方向放置一對(duì)位移計(jì)來(lái)測(cè)量相對(duì)變形;鋼框架與剪力墻的接觸面上,設(shè)置豎直、水平位移計(jì)來(lái)量測(cè)界面的分離和滑移變形。循環(huán)加載的前三級(jí)按力控制,分別為:300

13、kN (循環(huán)一周、450kN (循環(huán)一周、600kN (循環(huán)三周。四到六級(jí)荷載按位移(頂點(diǎn)位移取結(jié)構(gòu)總高的百分?jǐn)?shù)控制,分別為:頂點(diǎn)位移19.4mm (0.75%、頂點(diǎn)位移25.8mm (1.0%、頂點(diǎn)位移32.3mm (1.25%,每級(jí)循環(huán)3周,直到試件破壞。1.3材性鋼框架及用于混凝土部分的冷拔鋼筋基本材料性能見(jiàn)表1?；炷猎噳K(150mm ×150mm ×150mm 的平均強(qiáng)度f(wàn) cm =46.89N/mm 2,根據(jù)規(guī)范計(jì)算公式則f ck =36.863N/mm 2,基本達(dá)到設(shè)計(jì)C35的要求?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定栓釘?shù)臉O限抗拉強(qiáng)度為f u =527.81N/mm 2,5=4.643

14、%,栓釘屈服強(qiáng)度取f y =0.85f u =448.639N/mm 2。圖1鋼框架-鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)Fig.1The composite Steel Frame-RC Infill Wall System圖2試驗(yàn)裝置Fig.2Test Setup表1鋼材及鋼筋性能Table 1Material properties of steel member位置梁腹板柱腹板柱翼緣頂?shù)捉卿摳拱褰卿?4!6!8f y(MPa 316337310272298563431371f u(MPa 526471442437430704539464E(105MPa 2.12.12.072.12.092.02.052

15、.06彭曉彤等半剛性節(jié)點(diǎn)鋼框架內(nèi)填鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究65土木工程學(xué)報(bào)2008年表2試驗(yàn)結(jié)果(強(qiáng)度、剛度、層間位移Table 2Experimental results (strength ,stiffness ,interstory drift 注:表中31(-31表示第三級(jí)荷載正向(負(fù)向加載的1/4循環(huán);1表示一層的層間位移;2表示二層的層間位移;表示結(jié)構(gòu)的總側(cè)移。由于試驗(yàn)失誤未進(jìn)行-33循環(huán)。荷載級(jí)循環(huán)推(正向表示符號(hào)1/(%2/(%位移(mm 反力(kN 反力(kN +1/+2/-2/-一300kN 8.12323.80-4.68-324.40-1152.7147.2959.4

16、0二450kN 11.30457.40-6.78-455.80-2150.6249.3857.23三600kN一周15.03609.20-9.08-608.60-3148.5051.5057.71二周15.47600.20-9.47-631.00-3248.0351.9757.80三周16.19610.60/46.4053.60/四25.8mm一周22.02819.00-14.47-849.60-4144.5055.5058.33二周24.08872.40-13.74-811.60-4240.4559.5556.91三周24.24839.00-13.80-799.60-4340.0259.98

17、57.25五32.3mm 一周28.50928.40-16.33-890.80-5139.4460.5657.20二周29.84883.20-16.36-855.40-5237.4062.6058.80六38.7mm三周一周29.7632.71832.20786.60-16.20-15.15-816.40-731.80-53-6136.5635.1963.4464.8159.7563.74拉(負(fù)向位移(mm 50.6450.5450.5349.39/45.7444.5443.0839.4437.6335.8731.73剛度(kN/mm -1/-40.6042.7742.2942.20/41.6

18、743.0942.7542.8041.2040.2536.26112131323341424351525361表示符號(hào)2試驗(yàn)結(jié)果2.1整體評(píng)價(jià)一級(jí)荷載末,二層兩個(gè)上角部出現(xiàn)45°的斜向裂縫,并向中間區(qū)域擴(kuò)散,鋼框架未見(jiàn)變形的跡象。二、三級(jí)荷載,原有裂縫不斷延伸和擴(kuò)張,相近的裂縫相互貫通,二層下角部有新增裂縫。四級(jí)荷載作用下,以原有裂縫擴(kuò)展為主,二層兩個(gè)上角部混凝土翹起,伴隨有混凝土片狀物剝落。本級(jí)荷載卸載后,試件整體向東傾斜,并發(fā)生了整體的剛體位移,原因?yàn)榛A(chǔ)壓梁剛度不足、水平支撐設(shè)置不當(dāng)以及組件間隙過(guò)多,從而造成荷載-位移曲線上滯回環(huán)相對(duì)于原點(diǎn)不對(duì)稱(chēng),反向加載時(shí)側(cè)移小于正向加載。五

19、級(jí)荷載的51循環(huán),試件達(dá)到了極限荷載928.40kN (表2,二層西頂角部原來(lái)翹起的混凝土開(kāi)始大塊地壓碎剝落,同時(shí)試件發(fā)出咔咔的聲音,疑為最上層栓釘部分發(fā)生破壞?？蚣苤拷斄旱奈恢贸霈F(xiàn)屈服現(xiàn)象,塑性變形較為明顯。六級(jí)荷載的61循環(huán),加載到頂點(diǎn)位移32.71mm 時(shí),荷載達(dá)到786.60kN 后突然下降,此時(shí)頂梁沿剪力墻整個(gè)界面上的混凝土大量剝落,并產(chǎn)生明顯的錯(cuò)動(dòng)。鋼框架變形嚴(yán)重特別是頂部節(jié)點(diǎn)和柱子,于是卸載反向加載。-61循環(huán),加載到731.80kN 時(shí),試件突然晃動(dòng)并發(fā)生破壞,整個(gè)頂梁與混凝土墻全部錯(cuò)開(kāi),界面處混凝土全部松動(dòng),角部壓碎并露出鋼筋籠,估計(jì)該處栓釘全部破壞(試驗(yàn)后檢查結(jié)果也是如

20、此。兩個(gè)柱端產(chǎn)生塑性鉸,西面柱子與墻體接觸面的上部被拉開(kāi)1cm 的距離,在混凝土墻體暗柱邊緣位置產(chǎn)生一條寬大的裂縫,破壞模態(tài)見(jiàn)圖3,滯回曲線見(jiàn)圖4。2.1.1強(qiáng)度按照我國(guó)相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行試件設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)側(cè)向承載力1為298.5kN ,約等于一級(jí)控制荷載。在設(shè)計(jì)荷載作用下,結(jié)構(gòu)除了出現(xiàn)少量裂縫外幾乎保持完好,圖4試驗(yàn)荷載-位移曲線Fig.4Total drift vs.lateral load curves圖3裂縫及破壞模式Fig.3Cracking and failure Patterns66第41卷第1期可以認(rèn)為在彈性階段工作。極限荷載(928.4kN 為設(shè)計(jì)荷載的3.11倍,可見(jiàn)SRCW 結(jié)構(gòu)

21、具有較高的強(qiáng)度儲(chǔ)備。破壞荷載(731.8kN 為最大荷載的78.8%。2.1.2剛度本文采用點(diǎn)-點(diǎn)剛度對(duì)試件的剛度進(jìn)行評(píng)價(jià)。點(diǎn)-點(diǎn)剛度是連接每級(jí)荷載正負(fù)方向最大荷載的直線斜率K pp (以下簡(jiǎn)稱(chēng)剛度。每級(jí)荷載的計(jì)算剛度見(jiàn)表2?？梢钥闯?前三級(jí)荷載剛度幾乎沒(méi)有變化,認(rèn)為結(jié)構(gòu)處在彈性階段。從第四級(jí)荷載開(kāi)始結(jié)構(gòu)的剛度下降,較初始剛度第一循環(huán)下降9.7%、第二循環(huán)下降12.1%、第三循環(huán)下降14.9%;同級(jí)荷載內(nèi)第三循環(huán)比第一循環(huán)剛度下降5.8%,剛度弱化明顯。第五級(jí)荷載三個(gè)循環(huán)剛度分別下降22.11%、25.69%、37.34%,第三循環(huán)剛度下降較大,因?yàn)轫斄禾幩ㄡ敶罅科茐?角部混凝土壓碎所致。試件

22、破壞時(shí)的剛度為31.73kN/mm ,約為初始剛度的62.66%,剛度損失約為40%。一、二層的層間側(cè)移和剛度是不同的(表2。正向加載時(shí),前三級(jí)荷載一、二層的層間位移幾乎是相同的,說(shuō)明此時(shí)結(jié)構(gòu)整體變形呈線性變化的。第四級(jí)荷載開(kāi)始,一層的層間位移減小,二層的層間位移成為結(jié)構(gòu)變形的主導(dǎo),二層層間位移最大時(shí)占到總位移的64.24%,原因?yàn)?二層的裂縫要多于一層,出現(xiàn)的時(shí)間也較早;其次,二層角部的混凝土不同程度地壓碎,一層角部的混凝土基本保持完好;最后,一層的約束強(qiáng)于二層,造成二層的剛度小于一層。當(dāng)反向加載時(shí),一開(kāi)始變形就呈非線性變化,二層的變形就是結(jié)構(gòu)變形的主導(dǎo),隨著荷載的增加,二層層間位移穩(wěn)定在總

23、側(cè)移的59%左右。分析結(jié)構(gòu)的變形模式,前兩個(gè)荷載組,一層的層間位移大于二層,呈現(xiàn)明顯的剪切型側(cè)移;加載的后期,二層的層間位移增加并大于一層,出現(xiàn)彎曲型的側(cè)移模式。2.1.3延性、耗能采用延性系數(shù)(=u /y和相對(duì)變形值對(duì)結(jié)構(gòu)的延性進(jìn)行評(píng)價(jià)。如表2所示,結(jié)構(gòu)整體剛度從第四級(jí)荷載開(kāi)始明顯下降,故取第三級(jí)荷載第二循環(huán)作為彈性階段末,即y =15.47mm ,相應(yīng)F y 為600.2kN 。u 取滯回曲線外包絡(luò)線下降段范圍內(nèi)85%極限荷載(84.7%×928.4kN=786.6kN對(duì)應(yīng)的位移,即取第六級(jí)荷載第一循環(huán)頂點(diǎn)位移u =32.71mm 。計(jì)算試件的延性系數(shù)(和相對(duì)變形值見(jiàn)表3?？梢钥?/p>

24、出,一、二層的延性和變形能力是不同的,二層的延性系數(shù)(2.64是一層的(1.551.7倍,是整體的1.25倍。二層的變形能力和延性要好于一層,這是因?yàn)?底部約束較強(qiáng)限制了一層的變形從而造成上下兩層變形不均勻。在實(shí)際工程中,由于一層往往擁有較高的層高、可能存在地下室、基礎(chǔ),能允許一定的變形,因此這個(gè)因素完全可以忽略。采用功耗比W r 來(lái)定量地描述結(jié)構(gòu)的耗能能力。根據(jù)試驗(yàn)荷載-位移曲線(滯回環(huán),計(jì)算每一個(gè)滯回環(huán)在第一象限的面積A i ,除以A y (A y =F y ×y =600.2kN ×15.47mm 即得每一荷載水平的功耗比W ri (W ri =A i /A y

25、15;100%,見(jiàn)表4。結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較好的耗能能力,最大的功耗比達(dá)84.72%。前兩級(jí)荷載,結(jié)構(gòu)尚在彈性階段工作,僅有剪力墻上的少量裂縫,吸收能量較小,功耗比小于10%;第三級(jí)荷載,裂縫擴(kuò)展貫通并不斷產(chǎn)生新裂縫使得功耗比達(dá)到18.69%;從四級(jí)荷載開(kāi)始結(jié)構(gòu)耗能能力提高較多,這是因?yàn)榛炷链罅块_(kāi)裂后鋼筋參與吸收能量、節(jié)點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),角鋼參與耗能、鋼框架變形以及栓釘耗能。五、六級(jí)荷載,頂角部混凝土不斷壓碎、栓釘不斷破壞、柱子和鋼筋不斷屈服使得功耗比不斷增加,在結(jié)構(gòu)破壞前耗能達(dá)到極值。上下兩層耗能相差不大,隨著荷載的加大,二層逐漸成為耗能的主體,因?yàn)槎幼冃文芰σ糜谝粚印?.2局部性能2.2.1柱內(nèi)力

26、受拉、受壓柱共同組成力矩來(lái)抵抗傾覆彎矩。軸力沿柱高是不斷減小的,因?yàn)閮A覆彎矩是逐漸變小的,受拉柱底部軸力最大但受壓柱卻是一層中部最大,原因是,受壓柱靠近底部與混凝土結(jié)合緊密,混凝土更多地參與受壓使柱子承擔(dān)的壓力下降;受拉柱周?chē)幕炷羺⑴c受拉的能力較低,傾覆彎矩產(chǎn)生的拉力主要由柱子來(lái)承受。受拉柱的拉力總是大于受壓柱的壓力,因?yàn)槭軌褐c周?chē)幕炷翂w結(jié)合緊密使墻體更多地參與受壓,受拉柱周?chē)膲w靠栓釘傳名稱(chēng)y (mm u (mm 高度H(mm 延性系數(shù)(變形能力u /H(%一層7.4311.5112001.550.96二層8.0421.2012902.641.64整體15.4732.71249

27、02.111.31表3延性和變形能力Table 3Ductility and displacement capability表4功耗比(%Table 4Energy dissipation荷載級(jí)一層W r 二層W r 整體W r一層W r /整體W r 二層W r /整體W r一3.412.776.1855.2444.76二4.763.908.6654.9345.07三8.0410.6518.6943.0256.98四16.9023.5040.4041.8458.16五30.6342.8573.4841.6958.31六30.3954.3484.7235.8664.14彭曉彤等半剛性節(jié)點(diǎn)鋼框架

28、內(nèi)填鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究67土木工程學(xué)報(bào)2008年遞剪力來(lái)幫助抗彎,作用力相對(duì)較小,從而使兩個(gè)柱子形成的力矩中性軸偏向受壓端。反向加載受壓柱的軸力大于正向加載受壓柱的軸力,因?yàn)檎蚣虞d過(guò)后,變形不協(xié)調(diào)使受拉柱與混凝土結(jié)合不緊密,因此反向加載時(shí)混凝土對(duì)受壓柱(原受拉柱的有利幫助減小。2.2.2半剛性節(jié)點(diǎn)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)水平位移計(jì)的讀數(shù)來(lái)計(jì)算節(jié)點(diǎn)整體的轉(zhuǎn)角和伸長(zhǎng)值,在加載初期(一、二級(jí)荷載,節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)很小,可以忽略不計(jì)。從三級(jí)荷載開(kāi)始節(jié)點(diǎn)開(kāi)始出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng),到31循環(huán)轉(zhuǎn)角為0.003rad。四、五級(jí)荷載轉(zhuǎn)角較上級(jí)荷載增加一倍達(dá)0.006rad。在61循環(huán)轉(zhuǎn)角突然增加到0.0115rad達(dá)到了極值。

29、梁端彎矩并沒(méi)有隨著轉(zhuǎn)角的增大而增大相反卻有下降的趨勢(shì),分析原因?yàn)?11循環(huán)節(jié)點(diǎn)被混凝土包裹緊密,此時(shí)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角與梁端的彎矩是呈線性比例增加的; 21循環(huán)末,角部混凝土裂縫與節(jié)點(diǎn)結(jié)合的緊密程度下降,同時(shí)角鋼的厚度小于梁翼緣的厚度,加之梁與柱之間存在間隙(12mm,使梁端對(duì)頂?shù)捉卿撍街a(chǎn)生撬力,節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始主要由角鋼的變形產(chǎn)生,梁端只是發(fā)生剛體轉(zhuǎn)動(dòng),所以直到41循環(huán)轉(zhuǎn)角增大而梁端彎矩卻沒(méi)有變化。51循環(huán)節(jié)點(diǎn)附近的混凝土裂縫相互貫通降低了對(duì)梁端的約束,角鋼可以更多地自由轉(zhuǎn)動(dòng)造成轉(zhuǎn)角繼續(xù)增加而梁端彎矩下降的現(xiàn)象。說(shuō)明當(dāng)剪力墻角部發(fā)生破壞,結(jié)構(gòu)組合作用下降后,半剛性節(jié)點(diǎn)起到了抗彎的作用,保證了結(jié)構(gòu)必

30、要的整體性。2.2.3栓釘通過(guò)對(duì)上下兩層8個(gè)界面上栓釘?shù)挠^察,除部分中間區(qū)域的栓釘沒(méi)有屈服,其余的栓釘都發(fā)生了屈服或斷裂,特別是破壞面(二層上界面的栓釘全部斷裂(如圖5,破壞斷面較為平整光滑,且發(fā)生破壞時(shí)變形值低于上級(jí)荷載的變形值,這些現(xiàn)象表明栓釘屬于低周疲勞破壞。栓釘破壞的順序?yàn)?二層上界面角部栓釘開(kāi)始屈服,并向中間延伸;接著一、二層西側(cè)界面的下角部區(qū)和一層上界面西角部區(qū)栓釘屈服并向中間擴(kuò)散;然后二層下界面東角部及東側(cè)界面栓釘均勻地屈服;二層下界面西側(cè)栓釘最后發(fā)生屈服。栓釘在SRCW結(jié)構(gòu)中起著組合的作用,鋼框架和剪力墻在受力過(guò)程中由于變形協(xié)調(diào)的原因,使栓釘不僅受剪同時(shí)還承受軸向作用力,混凝土

31、會(huì)緩解栓釘受到的壓力,因此栓釘主要承受拉剪作用。為了解栓釘受拉作用下的抗剪能力,對(duì)不同位置的栓釘軸向應(yīng)變(N和彎曲應(yīng)變(M進(jìn)行對(duì)比分析:栓釘以受剪為主,同一界面上的栓釘受到的剪力基本一致,因?yàn)榧袅χ邪抵?、暗梁相互連接使栓釘受力均勻。加載后期,由于角部混凝土被拉開(kāi),使得該處的栓釘主要承受拉力。側(cè)向界面上的栓釘受到的剪力普遍小于水平界面的栓釘。同為水平界面的栓釘,越靠近底部受到的剪力越小,因?yàn)榭蚣苤謸?dān)了更多的剪力所致。2.3傳力機(jī)理2.3.1側(cè)向力分配如圖6,SRCW結(jié)構(gòu)的側(cè)向力傳遞到基礎(chǔ)的三個(gè)理想途徑是:(1通過(guò)栓釘在鋼框架與剪力墻之間傳遞;(2剪力墻以斜向壓桿力的方式將側(cè)向力向下傳遞;(3

32、用鋼框架自身變形來(lái)傳遞剪力。試驗(yàn)結(jié)果表明:B截面,在11循環(huán),栓釘分擔(dān)75%的側(cè)向力,隨著荷載的增加,栓釘分擔(dān)側(cè)向力的比例不斷增加。在51循環(huán)達(dá)到極限荷載時(shí),栓釘分擔(dān)比例最大可達(dá)85%。C截面栓釘分擔(dān)側(cè)向力的比例隨著荷載的增大稍有增加,最大為87%。E截面栓釘在11循環(huán)承擔(dān)的側(cè)向力比例最大(90%,隨后21、31循環(huán),比例不斷下降,最小為83%?？傮w來(lái)說(shuō),栓釘分擔(dān)側(cè)向力的比例在80%90%之間?；炷列毕驂簵U傳遞的側(cè)向力,正向加載時(shí),在11循環(huán)為總側(cè)向力的10.4%,在21、31循環(huán)比例稍有增大,最大達(dá)15.3%。以A、D截面為例,鋼框架分擔(dān)的側(cè)向力基本保持在總側(cè)向力的10%20%之間,說(shuō)明鋼

33、框架柱一開(kāi)始就分擔(dān)一定的側(cè)向力。圖5二層上界面破壞栓釘(西到東Fig.5Fractured studs on upper interface of second story圖6側(cè)向力傳力機(jī)理Fig.6Mechanism of lateral shear force transfer68第 卷 第期 彭曉彤等半剛性節(jié)點(diǎn)鋼框架內(nèi)填鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究 傾覆彎矩的分配 鋼框架分擔(dān) 傾覆彎矩 （ 截 面） 的比例從 循 指標(biāo)。總體來(lái)說(shuō)， 增加水平向栓釘是提高結(jié)構(gòu)耗能能 力的好方法。在設(shè)計(jì)栓釘時(shí)， 應(yīng)計(jì)及軸向拉力對(duì)抗剪 承載力的影響， 對(duì)其抗剪承載力做適當(dāng)折減。施工時(shí) 宜采取相應(yīng)措施來(lái)提高栓釘?shù)钠趬勖?合理設(shè)置剪力墻中的暗柱、暗梁有利于提高 環(huán)的 增加 到 循環(huán)的 ； 截 面分配的 傾 覆彎矩的比例一直保持在 左右。 結(jié)論及設(shè)計(jì)建議 結(jié)構(gòu)擁有多重側(cè)向力傳遞途徑： 栓釘與剪 結(jié)構(gòu)的整體性能， 將兩者鋼筋籠中的縱向鋼筋 相互貫通并可靠連接， 這樣會(huì)在鋼框架內(nèi)部形成一個(gè) 內(nèi)框架延緩和避免節(jié)點(diǎn)附近混凝土的壓碎， 提高了結(jié) 構(gòu)的承載力， 但會(huì)相應(yīng)降低結(jié)構(gòu)的延性、耗能能力。 鋼框架的節(jié)點(diǎn)剛度不宜過(guò)大， 采用剛性節(jié)點(diǎn)是不 合理的。適當(dāng)降低節(jié)點(diǎn)的剛度有利于結(jié)構(gòu)的延性和耗 能，