廣州西塔巨型斜交網(wǎng)格平面相貫節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究

1、廣州西塔巨型斜交網(wǎng)格平面相貫節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究121221方小丹 , 韓小雷 , 韋宏 , 季靜 , 黃超 , 唐嘉敏( 1. 華南理工大學(xué) 建筑設(shè)計(jì)研究院 , 廣東廣州 510640;2. 華南理工大學(xué) 亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 , 廣東廣州 510640 )摘要 :廣州西塔主塔樓高 432m ,結(jié)構(gòu)形式采用鋼管混凝土巨型斜交網(wǎng)格外筒和鋼筋混凝土內(nèi)筒構(gòu)成的筒中筒結(jié)構(gòu) 。斜交網(wǎng)格外筒由不同角度的鋼管混凝土柱斜向相貫而成 ,為了實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)承載力大于構(gòu)件承載力的強(qiáng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則 ,提出了兩種節(jié) 點(diǎn)構(gòu)造形式 :加強(qiáng)板 +襯板節(jié)點(diǎn)和法蘭板節(jié)點(diǎn) 。為了驗(yàn)證兩種節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的合理性 ,了解節(jié)點(diǎn)實(shí)際受力的工作性狀 、

2、破壞機(jī) 理和承載能力 ,進(jìn)行了 8 個(gè)比例為 1 515 的節(jié)點(diǎn)模型試驗(yàn) ,設(shè)計(jì)并制作了能承受 20000 kN 的自平衡鋼結(jié)構(gòu)加載架 ,采用兩個(gè)10000 kN 千斤頂對(duì)相貫節(jié)點(diǎn)的柱端施加軸向力 。結(jié)果表明兩種構(gòu)造形式的節(jié)點(diǎn)均表現(xiàn)出了約束混凝土的特點(diǎn) ,均可滿足西 塔主塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載力的要求 ,具有較高的安全性 。相對(duì)法蘭板節(jié)點(diǎn) ,加強(qiáng)板 +襯板節(jié)點(diǎn)對(duì)核心混凝土約束作用較大 , 力學(xué)性能較好 。關(guān)鍵詞 :超高層建筑 ; 鋼管混凝土 ; 斜交網(wǎng)格 ; 平面相貫節(jié)點(diǎn) ; 靜力試驗(yàn) ; 受力性能中圖分類號(hào) : TU 973117 TU 31711文獻(xiàn)標(biāo)志碼 : AExp e ri m en ta

3、 l study on p lannar in te rsecting connection s u sed inob liquely cro ssing m ega la ttice of the Guangzhou W e st Towe rFAN G X iaodan1 , HAN X iao le i2 , W E I Hong1 , J I J ing2 , HUAN G Chao2 , TAN G J iam in1( 1. A rch itec tu ra l D e sign and R e sea rch In stitu te, Sou th Ch ina U n ive

4、rsity of Techno logy, Guangzhou 510640 , Ch ina;2. Sta te Key L abo ra to ry of Sub trop ica l B u ild ing Sc ience, Sou th Ch ina U n ive rsity of Techno logy, Guangzhou 510640 , Ch ina)A b stra ct: The Guangzhou W est Tower is an u ltrah igh2rise bu ild ing w ith a heigh t of 432m , w ith the stru

5、c tu ral p a tte rn of a reinfo rced conc re te co re tube enclo sed by an ou te r lattice tube m ade of ob lique ly c ro ssing conc re te filled steel tubu la r ( CFST) co lum n s. To a ssu re tha t the cap ac ities of connec tion s exceed tho se of struc tu ral componen ts, two details of the conn

6、ection s were p ropo sed and stud ied. O ne connection typ e wa s reinfo rcing p late w ith lin ing board andthe o ther was connec tion w ith flange p la te s. E igh t 1 515 scale models we re tested u sing a sp ec ially designed se lf2balancing equ ipm en t w ith two 10000 kN cap ac ity jack s and

7、p in ion rack, in o rder to verify the ra tiona lity of the details and to inve stigate the p erfo rm ance, cap ac ity and fa ilu re m echan ism. Te st re su lts ind ica te tha t the connection s exh ib it the charac teristic of confined conc re te. The connec tion s a re va lidated to m ee t the de

8、 sign requ irem en t of the Guangzhou W est Tower, w ith sufficien t load ing cap acity. Comp a red w ith the connec tion s w ith flange p la tes, the connec tion s w ith re info rcing p la te p lu s lin ing boa rd have large r confin ing effec ts on concre te co re and the reby better m echan ical

9、behavio rs.Keyword s: u ltrah igh2rise bu ild ing; concre te filled stee l tube ( CFST) ; ob liquely c ro ssing lattice; p lanar in tersec tingconnec tion; mono ton ic load ing test; m echan ical behavio r基金項(xiàng)目 :廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 ( 06105416 ) ,華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究項(xiàng)目 ( 2008 KA01 ) 。作者簡(jiǎn)介 :方小丹 ( 1951 ) ,男

10、 ,廣東普寧人 ,教授級(jí)高工 。 E2m a il: f5101 1261com收稿日期 : 2007 年 11 月56( 2 )檢驗(yàn)節(jié)點(diǎn)試件的承載能力 ;( 3 )量測(cè)鋼管節(jié)點(diǎn)區(qū)受荷過(guò)程中的應(yīng)變和試件 軸向變形 ,并對(duì)其進(jìn)行分析 。112 試件設(shè)計(jì)鋼管混凝土巨型斜交網(wǎng)格外筒節(jié)點(diǎn)層有兩類典 型節(jié)點(diǎn) :邊節(jié)點(diǎn)和角節(jié)點(diǎn) (圖 1 b ) 。 4 根相交斜桿不在一個(gè)平面 , 桿件轉(zhuǎn)角各層不同 。為便于比較試驗(yàn)結(jié)果 ,按設(shè)計(jì)方提供的結(jié)構(gòu) 20 層斜柱尺寸及受力進(jìn) 行試件設(shè)計(jì) 。有關(guān)斜交網(wǎng)格相貫節(jié)點(diǎn)的前期研究很 少 ,受力性能不明確且影響因素較多 。為研究其受力性能 ,先不考慮對(duì)性能影響相對(duì)較小的平面外

11、角 度 ( 1 和 3 ) ,僅按斜柱平面內(nèi)夾角分為 20 和 35 兩種情況進(jìn)行研究 。為了避免尺寸效應(yīng)的影響 , 試件 縮尺比例為 1 515 ,各部分構(gòu)件均按幾何相似關(guān)系縮小 ,試件的具體構(gòu)造見(jiàn)圖 2。由于主要研究對(duì)象為相 貫節(jié)點(diǎn) ,因此將非節(jié)點(diǎn)區(qū)桿件鋼管壁厚加大到與節(jié) 點(diǎn)區(qū)鋼管壁厚一致 。試件編號(hào)見(jiàn)表 1 (注 : 將加強(qiáng)板+襯板試件稱為 A 型節(jié)點(diǎn) , 法蘭板試件稱為 B 型節(jié) 點(diǎn) ) ,試件尺寸及材料選取見(jiàn)表 2。表 1 試件編號(hào)Ta b le 1 N um b e r o f sp e c im e n s0 引言廣州“超高雙子塔 ”項(xiàng)目位于廣州新城市中軸線上 ,包括東塔 、西塔

12、兩部分 , 項(xiàng)目建成后將與觀光塔 一起成為 體 現(xiàn) 廣 州 現(xiàn) 代 化 大 都 市 形 象 的 標(biāo) 志 性 建筑 。其中西塔已率先啟動(dòng)建設(shè) ,總投資約 60 億元 ,建2設(shè)用地面積 31085m ,主塔樓高 432m ,建成后將成為廣州市超高層建筑物之一 。建筑立面外觀采用巨型 斜交網(wǎng)格的形式 (圖 1 a) ,考慮到柱子所受軸力很大 ,為了控制其截面面積 , 主體結(jié)構(gòu)形式采用鋼管混凝 土巨型斜交網(wǎng)格外筒和鋼筋混凝土內(nèi)筒構(gòu)成的筒中筒結(jié)構(gòu) 。斜交網(wǎng)格外筒由不同角度的鋼管混凝土柱 斜向相 貫 而 成 。近 年 來(lái) 對(duì) 鋼 管 混 凝 土 的 研 究 較 128 多,但對(duì)這類鋼管混凝土斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的

13、研究很 9210 少。特別是斜柱相貫節(jié)點(diǎn)處的橫截面面積僅相當(dāng)于 1 根鋼管混凝土柱的截面積 , 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造成為整 個(gè)設(shè)計(jì)中極為重要的一環(huán) ,因此需要進(jìn)一步研究 。角節(jié)點(diǎn)試件 角節(jié)點(diǎn)試件 邊節(jié)點(diǎn)試件 邊節(jié)點(diǎn)試件節(jié)點(diǎn)類型對(duì)稱加載非對(duì)稱加載對(duì)稱加載非對(duì)稱加載加強(qiáng)板 +襯板 A 21A 22B 22A 23B 23A 24B 24B 21法蘭板表 2試件尺寸及材料Ta b le 2 D im e n s io n s a n d m a te ria ls o f sp e c im e n s試件A 21、A 22、A 23、A 24B 21、B 22、B 23、B 24鋼管 /mm橢圓拉板厚 /mm

14、法蘭板厚 /mm環(huán)向加強(qiáng)板厚 /mm 襯板厚 /mm 鋼材牌號(hào)混凝土強(qiáng)度等級(jí)299 1428141420 # C60299 142814 220 # C60圖 1 廣州西塔結(jié)構(gòu)照片和平面圖F ig. 1 Pho to s and p lan of Guangzhou W e st Towe r注 :試件 B 21、B 22、B 23、B 24 采用 M10 ( 1019 級(jí) , P = 35 kN )高強(qiáng)度摩擦型螺栓連接 ,拼接面采用噴砂后涂無(wú)機(jī)富鋅漆處理 。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)承載力大于構(gòu)件承載力的強(qiáng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則 ,提出了兩種節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式 : 加強(qiáng)板 +襯板 節(jié)點(diǎn)和法蘭板節(jié)點(diǎn) 。由于節(jié)點(diǎn)形式新穎 ,

15、 構(gòu)造 、受力都較為特殊 ,為了驗(yàn)證上述兩種節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的合理性 , 了解節(jié)點(diǎn)實(shí)際受力的工作性狀 、破壞機(jī)理和承載能 力 ,對(duì)這兩種鋼管混凝土柱斜向相貫節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究和分析 。113 試件制作混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C60 ,鋼管柱 、法蘭板 、橢圓拉 板采用 20 #鋼 , E43 焊條 。鋼管柱的整體試件制作在 工廠內(nèi)完成 , 質(zhì)量要求達(dá)到一級(jí)焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 。通過(guò)材性試驗(yàn)測(cè)得 20 #鋼彈性模量為 206 GPa, 屈服強(qiáng) 度為 272M Pa。C60 混凝土采用商品混凝土 。澆筑同時(shí)用混凝土振動(dòng)棒振搗 ,使混凝土密實(shí) ,保證混凝土 施工質(zhì) 量 ?；?凝 土 的 強(qiáng) 度 由 同 條 件 養(yǎng) 護(hù)

16、的 邊 長(zhǎng) 為150mm 立方體試塊確定 , 28 d立方體抗壓強(qiáng)度平均值 為 5915M Pa。1 試驗(yàn)概況1 11 試驗(yàn)?zāi)康? 1 )觀察節(jié)點(diǎn)試件的破壞形態(tài) ;57圖 3 加載裝置示意圖F ig. 3Load ing se t2up( a)加強(qiáng)板 +襯板節(jié)點(diǎn)( b)法蘭板節(jié)點(diǎn)圖 2 試件構(gòu)造示意圖F ig. 2 D e ta ils of sp ec im en s1 14 試驗(yàn)方法11411 加載裝置根據(jù)西塔原型構(gòu)造形式以及 1 515 的幾何相似 縮尺比要求 , 相貫節(jié)點(diǎn)需要在 20 或 35 方向上分別 施加最大值為 10000 kN 的壓力 , 特設(shè)計(jì)了如圖 3 所 示的 2000

17、0 kN 鋼結(jié)構(gòu)自平衡加載裝置 , 加載架及試 件平放于地面進(jìn)行試驗(yàn) 。采用兩套加載系統(tǒng) , 每套 加載系統(tǒng)包括一臺(tái) 10000 kN 千斤頂及其配套液壓泵 系統(tǒng)和一個(gè) 10000 kN 壓力傳感器 。兩套系統(tǒng)分別加 載 ,可以模擬兩個(gè)桿件受不同大小壓力的情況 。11412 測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量 為了獲取節(jié)點(diǎn)區(qū)受荷的各種數(shù)據(jù) , 在試 件 中 布置了一定數(shù)量的應(yīng)變片和位移計(jì) , 分布于試件節(jié)點(diǎn)58圖 4 電阻應(yīng)變片和位移計(jì)布置圖F ig. 4 A rrangem en t p lan of stra in gauge s and d ia l gauge s區(qū) (圖 4 ) 。同時(shí)考慮到支座變形的影

18、響 ,在支座安置了位移計(jì) ,位移計(jì)量程為 30mm。11413 加載制度 加載制度包括對(duì)稱加載和非對(duì)稱加載兩種加載方法 。對(duì)稱加載為 P1 、P2 , 每級(jí)加載 500 kN ,加載至6000 kN 后 ,每級(jí)加載 250 kN ,直至試件破壞 。荷載較 大時(shí) ,側(cè)向力使斜交網(wǎng)格的一肢鋼管軸力較大 , 另一肢軸力很小甚至接近無(wú)軸力狀態(tài) 。因此將非對(duì)稱加載分為兩種 : 一種按 P1 每級(jí) 500 kN、P2 每級(jí) 600 kN加載至試件破壞 (試件 A 22 ) ;另一種保持 P2 為 0 , P1每級(jí) 500 kN 加載至 6000 kN 后保持 P1 不變 , P2 每級(jí)500 kN 亦加載

19、至 6000 kN。當(dāng) P1 、P2 都達(dá)到 6000 kN后按 每 級(jí) 250 kN 對(duì) 稱 加 載 至 試 件 破 壞 (試 件 A 24、B 22、B 24 ) 。11414 終止加載條件( 1 ) 試件承載力下降至峰值荷載的 85 % ; ( 2 ) 最大變形達(dá) 90mm;( 3 ) 試件有明顯的破壞 , 如鋼管表面鼓起或平 面外位移過(guò)大 。圖 5 鋼管上的 45滑移線細(xì)部F ig. 5 Slip line de ta ils on stee l tube2 試驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象描述2 11 對(duì)稱加載試件由于試件數(shù)量較 多 , 取 一 個(gè)典 型 的試 件 A 23 進(jìn) 行描述 ,試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間

20、約為 3 h。( 1 )整個(gè)加載過(guò)程中 , 試件鋼管軸向受壓 、環(huán)向受拉 ,核心混凝土三向受壓 。( 2 )荷載加至 5000 kN 時(shí) , 試件 1 21 6 26 截面的 軸向應(yīng)變?yōu)?010010 010017 , 環(huán)向應(yīng)變?yōu)?010003 010008 , 混 凝 土 應(yīng) 變 為 010010 , 此 前 試 件 的 軸 向 應(yīng)變 、環(huán)向應(yīng)變以及位移都呈線性增大 。( 3 )在 ( 2 )基礎(chǔ)上再加一級(jí)荷載時(shí)即 5500 kN 時(shí) ,試件 各 截 面 的 軸 向 應(yīng) 變 值 突 然 增 大 至 010019 010026 ,環(huán)向應(yīng)變值突然增大至 010015 左右 。這是 由于鋼管 進(jìn)

21、入 屈 服 階 段 , 其 軸 向 變 形 量 突 然 增 大 。此時(shí)鋼管混凝土內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)力重分布 , 混凝土承受 的荷載增大 ,軸向壓縮變形導(dǎo)致其環(huán)向膨脹 ,鋼管對(duì) 混凝土的環(huán)箍作用也隨之增大 。( 4 )之后的加載過(guò)程中 ,鋼管的軸向和環(huán)向應(yīng)變 以及混凝土的應(yīng)變都呈現(xiàn)非線性的增長(zhǎng)趨勢(shì) 。當(dāng)加載至 7700 kN 時(shí) , 由于構(gòu)件出現(xiàn)較大的側(cè)向變形 , 已 經(jīng)接近位移計(jì)的量程 ,拆除位移計(jì) 。( 5 )此后試件軸向變形較大 ,進(jìn)入塑性階段 。與 支座相連的兩鋼管均出現(xiàn)較大的平面內(nèi)彎曲現(xiàn)象 ,靠近支座處及加載端處的 4 根鋼管表面均逐漸出現(xiàn)45 滑移線 , 應(yīng)變達(dá)到 010030 , 表明鋼管

22、環(huán)向已進(jìn)入 屈服狀態(tài) (圖 5 ) 。( 6 )繼續(xù)加載時(shí) , 荷載迅速下降 , 加載端鋼管明 顯鼓起 (圖 6 ) 。停止加載 ,試驗(yàn)結(jié)束 。2 12 非對(duì)稱試件取一典型的非對(duì)稱加載試件 B 22 進(jìn)行描述如下 : ( 1 )整個(gè)加載過(guò)程中 , 試件鋼管軸向受壓 、環(huán)向受拉 ,核心混凝土三向受壓 。( 2 )荷載加至 P1 = 4000 kN 時(shí) , 試件 1 21 6 26 截圖 6 連接加載端的鋼管鼓起F ig. 6 Tube bu lge a t load ing end面中 P1 對(duì)應(yīng)鋼管的軸向應(yīng)變?yōu)?010010 010030 , 環(huán)向應(yīng)變?yōu)?010004 010012 ,混凝土應(yīng)

23、變?yōu)?010012 ,此 前軸向應(yīng)變 、環(huán)向應(yīng)變以及位移都呈線性增大 。( 3 )荷載加至 P1 = 4500 kN 時(shí) , P1 對(duì)應(yīng)鋼管的軸向應(yīng)變突然增大至 010019 010022 , 環(huán) 向 應(yīng) 變突 然 增大至 010016 左右 ,鋼管軸向屈服 。( 4 )荷載從 P1 = 4500 kN 加至 P1 = 6000 kN 的過(guò) 程中 , P1 對(duì)應(yīng)鋼管的軸向和環(huán)向應(yīng)變呈現(xiàn)非線性的增長(zhǎng)趨 勢(shì) 。P2 對(duì) 應(yīng) 鋼 管 的 軸 向 和 環(huán) 向 應(yīng) 變 均 在010005 以內(nèi) 。( 5 ) 保 持 P1 = 6000 kN 不 變 , P2 從 0 增 加 到6000 kN 時(shí) , P

24、2 對(duì)應(yīng)鋼管應(yīng)變呈現(xiàn)出類似 P1 對(duì)應(yīng)鋼 管由線性至非線性的變化趨勢(shì) , P1 對(duì)應(yīng)鋼管應(yīng)變則 基本無(wú)變化 。試件整體外觀未見(jiàn)太大變化 , 軸向變 形均勻 。( 6 ) P1 和 P2 同時(shí)加載時(shí) ,呈現(xiàn)出與對(duì)稱加載試 件相同的變化趨勢(shì) 。當(dāng)加載至 7500 kN 時(shí) , 4 根鋼管節(jié)點(diǎn) 、靠近 支座 處 及 加 載 端 處 都 逐 漸 出 現(xiàn) 45 滑 移 線 ,應(yīng)變達(dá)到 010033 ,鋼管環(huán)向屈服 。( 7 )繼續(xù)加載時(shí) , 荷載出現(xiàn)迅速下降現(xiàn)象 , 停止 加載 ,試驗(yàn)結(jié)束 。3 試驗(yàn)結(jié)果及分析311 荷載 2應(yīng)變與荷載 2位移曲線隨著荷載的增加 , 桿件和節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼管軸 向與 環(huán)5931

25、2 試驗(yàn)結(jié)果分析31211 對(duì)稱加載與非對(duì)稱加載試件對(duì)比( 1 )應(yīng)變 。當(dāng)非對(duì)稱加載時(shí) ,在 P1 加載階段 , P1對(duì)應(yīng)鋼管各截面的平均應(yīng)變比 P2 大 。隨著 P2 的增 加 ,這種差距逐漸減少 。對(duì)稱加載時(shí)則未出現(xiàn)這種 情況 。( 2 )變形 。當(dāng)非對(duì)稱加載時(shí) ,試件在整個(gè)加載過(guò) 程中會(huì)出現(xiàn)較大的平面內(nèi)彎曲變形 ,約 3 4mm。隨著 P1 的增加 , 試件水平側(cè)移沿一個(gè)方向逐漸增加 。 當(dāng) P2 開始加載后 ,水平側(cè)移沿反方向回彈 。最后階段的對(duì)稱加載時(shí) ,試件的平面內(nèi)彎曲變形較小 , 一般在 1mm 以內(nèi) 。( 3 )極限承載力 。非對(duì)稱加載試件一般比對(duì)稱 加載試件的極限承載力大

26、5 % 。31212 節(jié)點(diǎn)類型不同的試件對(duì)比( 1 )應(yīng)變 。B 型節(jié)點(diǎn)區(qū)先于 A 型節(jié)點(diǎn)區(qū)進(jìn)入塑 性階段 。B 型節(jié)點(diǎn)的最大應(yīng)變多出現(xiàn)在中間節(jié)點(diǎn)處 ,而 A 型 最 大 應(yīng) 變 截 面 多 出 現(xiàn) 在 離 開 中 間 節(jié) 點(diǎn) 約200mm 處 ,這說(shuō)明 B 型節(jié)點(diǎn)處較 A 型薄弱 。主要原 因是 A 型節(jié)點(diǎn)處設(shè)有內(nèi)襯板 , 而 B 型未設(shè)置 。對(duì)應(yīng)向同時(shí)受力 , 軸向受壓 , 環(huán)向受拉 , 且軸向應(yīng)變大于環(huán)向應(yīng)變 ; 核心混凝土始終三向受壓 。當(dāng)鋼管軸向 應(yīng)變值超過(guò) 010016 010018 后 , 鋼管軸向及環(huán)向應(yīng)變均有較大突變 ,表明鋼管進(jìn)入屈服階段 ; 內(nèi)力在桿 件內(nèi)重分布 ,混凝土

27、受到較大壓力后環(huán)向膨脹 , 鋼管對(duì)混凝土有較大的環(huán)向約束作用 , 表現(xiàn)為約束混凝 土的受力特點(diǎn) ;加載后期鋼管環(huán)向屈服 ,側(cè)向約束作用增長(zhǎng)變緩 ,混凝土應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)非常迅速 。 各個(gè)試件的荷載 2最大環(huán)向應(yīng)變曲線 、荷載 2最大軸向應(yīng)變曲線 、荷載 2軸向變形 、荷載 2豎向位移曲線分別見(jiàn)圖 7 a7 i。其中對(duì)稱加載試件 ( A 21、A 23、B 21和 B 23 ) 曲線見(jiàn)圖 7 a 7 e; 非對(duì)稱加載試件 B 22 曲線 見(jiàn)圖 7 f7 i。對(duì)稱試件中 , A 型 、B 型試件的最大環(huán)向 、軸向應(yīng)變分別為 2 22、3 23 截面的應(yīng)變測(cè)量值 , 節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土應(yīng)變由 1 21 截面和 6

28、 26 截面之間位移計(jì) 測(cè)量值計(jì)算得 , 軸向位移為試件中心點(diǎn)沿軸向的位 移 (即圖 4 c中 6 號(hào)位移計(jì)與 17 號(hào)位移計(jì)測(cè)量值的差值 ) ,豎向位 移 為 試 件 中 心 點(diǎn) 在 豎 直 方 向 上 的 位 移(即圖 4 c中 9 號(hào)位移計(jì)測(cè)量值 ) 。圖 7 荷載 2應(yīng)變曲線與荷載 2位移曲線R e la tion sh ip be tween stra in, deflec tion and loadF ig. 760表 4 所取的試件承載力設(shè)計(jì)值 : A 型節(jié)點(diǎn)最大的鋼管截面平均環(huán)向拉應(yīng)變約為 010007 , 最大的鋼管截面 平均軸向壓應(yīng)變約為 010015; B 型節(jié)點(diǎn)最大的鋼

29、管截面平均環(huán)向拉應(yīng)變約為 010030 , 最大的鋼管截面 平均軸向壓應(yīng)變約為 010038。( 2 )變形 。由于 B 型節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)較大的起鼓現(xiàn) 象 ,其軸向變形比 A 型大 。( 3 )極限承載力 。B 型試件的極限承載力平均 值比 A 型試件的極限承載力平均值低約 3 % 。31213 角度不同的試件對(duì)比( 1 )應(yīng)變 。在彈性階段 ,角節(jié)點(diǎn)試件和邊節(jié)點(diǎn)試 件應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)大體相同 , 但角節(jié)點(diǎn)試件的彈性階 段比邊節(jié)點(diǎn)試件短 , 即角節(jié)點(diǎn)試件比邊節(jié)點(diǎn)試件更快進(jìn)入塑性階段 。在塑性階段 , 角節(jié)點(diǎn)試件和邊節(jié)點(diǎn)試件呈現(xiàn)出不同的應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì) , 角節(jié)點(diǎn)試件節(jié) 點(diǎn)區(qū)截面應(yīng)變發(fā)展較快 , 而邊節(jié)點(diǎn)試

30、件則是節(jié)點(diǎn)區(qū)外桿件截面應(yīng)變發(fā)展較快 。因此 , 角節(jié)點(diǎn)試件最終 多為在中間節(jié)點(diǎn)處截面出現(xiàn)應(yīng)變最大 , 也即主要是節(jié)點(diǎn)區(qū)破 壞 , 有 時(shí) 也 會(huì) 伴 隨 節(jié) 點(diǎn) 區(qū) 外 的 鋼 管 破 壞 。 邊節(jié)點(diǎn)試件的應(yīng)變最大截面主要出現(xiàn)在離中間節(jié)點(diǎn) 區(qū)一定距離的鋼管上 , 也即主要是節(jié)點(diǎn)區(qū)外的構(gòu)件破壞 ,有時(shí)也會(huì)伴隨節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞 。( 2 )極限承載力 。一般邊節(jié)點(diǎn)試件的極限承載 力高于角節(jié)點(diǎn)試件的極限承載力 。這主要是由于節(jié) 點(diǎn)的角度不同 ,當(dāng)外荷載相同時(shí) ,角節(jié)點(diǎn)試件的節(jié)點(diǎn) 區(qū)截面受 到 的 由 外 荷 載 引 起 的 軸 力 比 邊 節(jié) 點(diǎn) 試 件大 ,所以導(dǎo)致其整個(gè)試件的極限承載力比邊節(jié)點(diǎn)試件低

31、。3 13 試件破壞形態(tài)( 1 )從試驗(yàn)現(xiàn)象可知 ,節(jié)點(diǎn)的破壞現(xiàn)象主要為節(jié) 點(diǎn)區(qū)鋼管鼓起 ,鋼管表面出現(xiàn)明顯 45 滑移線以及部分試件鋼管出現(xiàn)明顯平面內(nèi)彎曲 。( 2 )角 節(jié)點(diǎn) 試 件 最 終 破 壞 在 節(jié) 點(diǎn) 區(qū) 以 內(nèi) , 破 壞 時(shí) ,節(jié)點(diǎn)區(qū)以外鋼管也已出現(xiàn) 45 滑移線 。邊節(jié)點(diǎn)試件最終破壞在節(jié)點(diǎn)區(qū)以外的構(gòu)件上 , 且主要在支座 與節(jié)點(diǎn)之間的構(gòu)件上 。3 14 試件承載力測(cè)得的鋼管屈服前承載力 、試件彈性承載力 、試 件最大承載力見(jiàn)表 3。從表中可以看出 ,鋼管屈服前承載力 低 于 試 件 彈 性 承 載 力 。這 是 因 為 鋼 管 屈 服后 ,混凝土尚未進(jìn)入塑性階段 , 強(qiáng)度較

32、高 , 仍能提供 較大的承載力 。最大承載力大約為鋼管屈服前承載力的 212 倍 ,試件彈性承載力的 1150 1175 倍 ,說(shuō)明試件進(jìn)入屈服狀態(tài)后 ,仍有較高的承載力和安全性 。 表 4 為節(jié)點(diǎn)試件和對(duì)應(yīng)原型承載力設(shè)計(jì)值的對(duì)比 。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果反算西塔主結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)原型節(jié)點(diǎn)的承載 力比其 20 層斜柱承載力高 7 % 19 % , 證明兩種節(jié)點(diǎn)均可滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn) ,弱構(gòu)件 ”的設(shè)計(jì)要求 。表 3 試件承載力Ta b le 3 C ap a c ity o f sp e c im e n s鋼管最大軸向應(yīng)變?yōu)?010016 時(shí)對(duì)應(yīng)的 荷載 / kN節(jié)點(diǎn)彈性極限荷載 / kN試件承受的最大荷載 / k

33、N試件A 21A 22A 23A 24B 21B 22B 23B 2435003600 ( 3000 )35003500 ( 0 )30003500 ( 0 )30005000 ( 0 )49004200 ( 3500 )45004200 ( 0 )50006000 ( 3000 )55006000 ( 2000 )75007800 ( 6500 )77507730 ( 7730 )72507500 ( 7500 )75507900 ( 7900 )注 :表中荷載為 P1 ( P2 ) 或 P2 ( P1 ) , 參見(jiàn)圖 4。表 4 試件承載力設(shè)計(jì)值和對(duì)應(yīng)原型承載力設(shè)計(jì)值Ta b le 4 C

34、 om p a riso n o f d e s ig n c ap a c ity o f sp e c im e n s a n d p ro to typ e d e s ig n c ap a c ity試件承受的最大荷載的 前一級(jí)荷載 / kN對(duì)應(yīng)原型承載力 設(shè)計(jì)值 / kN結(jié)構(gòu) 20 層斜柱承載力 設(shè)計(jì)值 / kN試件承載力設(shè)計(jì)值 / kN試件A 21A 22A 23A 24B 21B 22B 23B 2472507500750070007400725078004531468846884375462545314875137063141812141812132344139906137

35、063147469123629注 : 11A 22 試件采用非對(duì)稱加載至破壞 , 不計(jì)入統(tǒng)計(jì) 。其余試件破壞前均采用對(duì)稱加載 。21結(jié)構(gòu) 20 層斜柱承載力設(shè)計(jì)值根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)中鋼管混凝土構(gòu) 件截面由文獻(xiàn) 1 公式計(jì)算得 。4 結(jié)論與建議通過(guò)試件靜力荷載試驗(yàn) , 研究?jī)煞N不同 構(gòu)造 形式節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)和承載能力 , 得到了如下主要結(jié) 論 :( 1 )兩種節(jié)點(diǎn)不同構(gòu)造形式的破壞形態(tài)相似 ,都 為節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼管鼓起 ,鋼管表面出現(xiàn)明顯 45 滑移線以 及部分試件鋼管出現(xiàn)明顯平面內(nèi)彎曲 。極限承載力為 7250 7900 kN ,滿足設(shè)計(jì)承載力的要求 ,有效地證 明了這兩種構(gòu)造形式的節(jié)點(diǎn)性能均可滿足西塔主

36、塔樓結(jié)構(gòu)上的要求 。( 2 )隨著荷載的增加 ,各試件桿件和節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼管 軸向與環(huán)向同時(shí)受力 , 軸向受壓 , 環(huán)向受拉 , 且軸向應(yīng)變大于環(huán)向應(yīng)變 ; 核心混凝土始終三向受壓 。當(dāng)鋼管軸向最大應(yīng)變值超過(guò) 010016 010018 后 , 鋼管 軸向及環(huán)向應(yīng)變均有較大突變 , 表明鋼管進(jìn)入屈服階段 ;內(nèi)力發(fā)生重分布 ,混凝土受到較大壓力后環(huán)向61comp u ta tion of bea ring cap ac ity of conc re te2filled stee l tubu la r m em be rs sub jec ted to axia l comp re ssive loa

37、d ing J . Jou rna l of B u ild ing Struc tu re s, 1984 , 5 ( 6 ) : 38248. ( in Ch ine se) )蔡紹懷 ,焦占拴 . 鋼管混凝土短 柱 的 基 本 性 能 和 強(qiáng) 度計(jì)算 J . 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào) , 1984, 5 ( 6 ) : 13229. ( CA I Shaohua i, J IAO Zhan shuan. B ehavio r and u ltim a te strength of sho rt conc re te2filled stee l tubu la r co lum n s J . Jou

38、 rna l of B u ild ing Struc tu re s, 1984 , 5 ( 6 ) : 13229. ( in Ch ine se) )H uang C S, Yeh Y K, L iu G Y. A xia l load behavio r of stiffened conc re te2filled stee l co lum n s J . Jou rna l of Struc tu ra l Enginee ring, 2002 , 128 ( 9) : 122221230.Gup ta P K, Sa rda S M , Kum a r M S. Exp e ri

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40、Exp e rim en ta l repo rt on connec tion s of gian t d iagrid struc tu re u sed in Guangzhou W e st Towe r R .Guangzhou: Sou th Ch ina U n ive rsity of Techno logy,2006. ( in Ch ine se) )膨脹 ,鋼管對(duì)混凝土有較大的環(huán)向約束作用 ,表現(xiàn)為約束混凝土的受力特點(diǎn) 。( 3 )相對(duì)于 A 型 節(jié) 點(diǎn) , B 型 節(jié) 點(diǎn) 先 進(jìn) 入 塑 性 階 段 ,鋼管最大應(yīng)變截面更靠近中間節(jié)點(diǎn)處 ,軸向變形較大 ,極限承載力低約 3 % 。這說(shuō)明 A 型節(jié)點(diǎn)具有較好的力學(xué)性能 ,主要原因是 A 型節(jié)點(diǎn)處設(shè)有內(nèi)襯板 ,對(duì)核心混凝土起到更大的約