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新型装配式栓接梁柱节点抗震性能分析

时间:2019-04-30 10:36:21  来源:东易日盛

1、试件结构设计Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  以某现浇框架结构栓接梁柱的节点为例,对节点连接形式的抗震性能进行试验,遵循相应原则,确保新型节点承载力理论计算结果和试验结果相一致,提升结构稳定性。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  某现浇结构为3层两跨结构,底层层高4cm,2~3层层高为3cm。预制构件强度为C30预拌混凝土,预制构件连接处采用C35混凝土二次浇筑。采用HRB400钢筋,箍筋为HPB300钢筋,型钢装配节点为Q235,螺栓为M16高强螺栓。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

1.1 节点制作Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  装配式栓接梁柱节点预制构件的制作过程较为复杂,首先制作预制梁,将梁端部钢板和梁纵筋焊接处理,将钢板和工字钢焊接处理,现浇混凝土。其次,制作预制柱,在节点核心区域预埋工字钢,现浇混凝土。再次,装配预制柱和预制梁,确保腹板处的钢板,螺栓和工字钢连接在一起。最后,连接处敷设箍筋,建立定型模具二次浇筑混凝土Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

1.2 强度计算Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  新型节点的工字钢梁截面中包括Q235-B钢材,腹板400mmx8mm,翼缘板2x180mmx12mm。通过截面拼接,采用高强度螺栓摩擦型连接。现浇模型同位置节点PKPM 计算内力值,以此来确定高强度螺栓抗剪承载;腹板拼接设计,翼缘板拼接,并且计算拼接板强度和梁截面强度,满足相关技术要求。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

2、抗震性能试验Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  通过对节点反复加载试验,模拟地震水平反复荷载作用下的节点受力性,与现浇节点对比分析,了解预制节点受力特点,并对装配式节点和现浇节点抗震性能对比分析,包括刚度、强度、耗能和延性等。试验中所使用的加载装置,可以采用10000kN大型多功能试验机系统,数据采集系统则迭择1MP分散式数据采集器。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

2.1 试件设计、加载和测量方案Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  采用框架梁柱底层中节点为试验时间,梁端为可平动铰接装置,柱顶为可转动及平动的铰接装置。加载可以分为水平加载和竖向加载,试验前进行预加载处理,达到80%的竖向荷载后,卸载到0。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  根据柱竖向荷载采用千斤顶,将竖向荷载增加到868.5kN,保持竖向荷载力水平恒定。水平作动器对柱顶持续增加水平荷载,采用全程位移控制法。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  在弹性阶段,反复加载,级差控制在10mm左右,加载进行反复循环,达到屈服应变后进入塑性阶段,水平位移为Q。进入到塑性阶段后,根据级差反复加载试验,最大荷载达到80%后停止试验。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

2.2 试验结果分析Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

2.2.1 现浇节点Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  施加竖向荷载后,并未出现裂缝,可以持续进行水平加载。节点产生第1条裂缝后,伴随着位移不断推移增加,两端裂缝逐渐朝着两侧扩展,梁根底部裂缝数量快速增加,节点核心区域并未出现明显的裂缝。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  位移持续增加到25mm时,梁纵筋逐渐得到屈服应变状态,改变原有的位移加载模式,将级差控制在25mm左右持续加载试验,每级循环3次,梁竖向裂缝逐渐朝着梁端方向扩展,裂缝的间距随之减少,但裂缝密度随之增加。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  位移加载到40mm后,节点核心区域逐渐出现1条斜裂缝,梁端裂缝更加成分的向四周扩散,通常以竖直方向为主,水平承载力随着裂缝的持续发展随之下降。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  位移加载到50mm,梁端受力较大,裂缝较为密集,混凝土逐渐脱落。如果位移持续增加达到75mm后,梁柱节点交界处混凝土大面积脱落,破坏节点。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

2.2.2 型钢栓接节点Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  正方向荷载持续加载到20kN后,梁截面开始出现1条裂缝,荷载加载到35kN后,梁截面的裂缝数量随之增加,同时主界面也会出现受弯裂缝,梁一侧后浇段后浇段斜裂缝和受弯裂缝随之延伸发展,达到核心区域后,在受拉梁筋侧将会出现斜裂缝,加载停止后,竖向荷载力逐渐卸载,出现的梁后浇段斜裂缝和受弯裂缝和不会闭合。进入到位移加载阶段后,将级差控制在30mm时进行加载,梁截面受弯裂缝随之发展,核心区域沿对角线出现主斜裂缝。在第3循环时,梁受压区产生沿轴向受压裂缝。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  如果持续加载到60mm后,核心区域将会出现新的斜裂缝,原有梁柱受弯缝裂缝随之变宽,而沿着轴向的受压裂缝持续延伸;第3循环后,梁拼装钢板外侧混凝土保护层受弯作用力影响,混凝土大面积脱落,斜裂缝延伸逐渐停止,卸载后随之闭合。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  位移持续加载到90mm时,伴随着位移增加,荷载随之升高,但是发展趋势极为缓慢,拼装区域出现受弯破坏,承载力相对较低,但保护层厚度较小,承载力下降趋势并不明显。由于节点破坏后,梁端被破坏,节点核心区域产生了一系列斜裂缝,也正是由于梁端弯曲被破坏,会在节点区域发展少量的斜裂缝。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  由此可以了解到,弹性变形范围较大,残余变形较小,可以获得较为可观的性能。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

3、装配式梁柱节点设计方法Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

3.1 装配式节点设计Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

3.11 连接钢筋直径Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  连接钢筋设计中,对于钢筋直径的确定,将直接影响都连接钢筋后续搭接长度和开槽等设计。由于连接钢筋直径较大,连接钢筋搭接长度随之增加,如果钢筋直径较小,钢筋数量将会随之增加,这样后续连接区域钢筋布设密度过高。通常情况下,连接钢筋直径应该保证在在12-20mm范围内,选择的连接钢筋直径为16mm,18mm。在具体设计中,方案设计阶段结合具体跨高比和高宽比来确定梁截面尺寸。通过大量的实践证明可以了解到,钢筋净距离较小,钢筋锚固强度随之下降。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

3.1.2 连接钢筋弯钩设计Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  结合混凝土结构设计相关规范,主要表现为90°弯钩和135°弯钩2种。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  通过国内外的研究实践可以了解到,弯钩弯起部分钢筋可以满足构造要求。对于弯起部分曲率半径, 钢筋周围混凝土受到束缚,弯起钢筋弯起曲率对弯钩锚固性能并不会产生严重的影响。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  结合施工具体需求,为了有效避免过小的弯起曲率导致弯起处应力集中,根据混凝土设计规范确定连接钢筋弯钩弯起曲率。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

3.2 键槽设计Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

3.2.1 键槽尺寸Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  应该确定键槽尺寸,包括键槽长度和键槽壁厚。其中键槽长度则是连接钢筋施工时的工作长度,所以键槽长度需要立足实际情况, 通过计算获得锚固长度后进行施工操作确定的工作长度,通常情况下,工作长度在50~100mm范围内。根据50mm来确定键槽长度。键槽两侧壁厚,在现场浇筑时尽可能降低支模工作量,预制钢模,促使木模使用量随之减少。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  需要注意的是,在壁厚设计中,需要综合考量箍筋保护层厚度,确保运输中薄壁完整性,壁厚为3倍箍筋直径,在25mm以上。在具体设计中,梁宽减小,薄壁无法满足钢筋间距技术要求。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

3.2.2 键槽后浇基体材料Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  通过大量的实践表明,伴随着混凝土抗压强度增加,钢筋粘结强度随之增加。故应在后浇连接区域应用高强度混凝土,有助于钢筋锚固。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  作为1种高延性新型建筑材料,在实践应用中将其应用到框架结构中,可以大幅提升构件抗震性能。采用高强度等级水泥,与钢筋粘结性能较为可观,可超过一般混凝土。后浇区域使用ECC,抗压强度较后浇高强度等级将混凝土强度而言更低,抗震性能随之提升。故此,装配式试件后浇连接区域应该选择ECC新型建筑材料。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

4、装配式框架抗震设计建议Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

4.1 框架结构耗能机制Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  在装配式框架抗震设计中,应该遵循相应抗震设计原则,即小震不坏、中震可修、大震不倒原则,提升建筑结构稳定性,避免出现严重倒塌事故。为了确保框架结构具备较强的变形能力和强度,大震下不会发生严重的结构倒塌,建立完善的框架结构耗能机制有助于提升结构安全性和稳定性。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  受到梁铰机制水平荷载作用影响,保证梁柱弹塑性状态.水平荷载持续增加,水平位移随之增加。柱铰机制和梁铰机制是完全相反的,屈服于梁截面后,通过柱铰转动支持下增加框架水平位移。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  由于柱轴力带来的影响,柱铰转动能力要远远弱于梁铰,为了可以实现视屏位移,通常情况下结构薄弱层上下柱会同时出现柱铰形成机构,框架倒塌。如果框架结构的柱铰机制被破坏,在薄弱层并未完全进入屈服状态,属于部分耗能状态,导致抗震能力处于较低水平。梁铰机制和混合机制具有一定自由度,无论是塑性铰机制还是故梁铰机制均属于总体耗能机制。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  由于位移变化较为均匀,可以充分发挥层梁耗能作用,柱端截面延性要求处于较低水平。依靠柱铰和梁铰耗散能力,基础上形成的混合机制由于延性铰高,受到轴压力带来的影响,混合机制总体能力较差。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

4.2 装配式节点施工对策Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  为了便于后续施工活动有序开展,应该立足实际情况寻求合理对策进行实践。装配期间,连接钢筋需要传入梁槽内锚固,随之操作空间减小,为了便于槽内固定连接钢筋,可以将封闭箍筋拆除,连接钢筋固定后将箍筋恢复原有状态。但是,这样会增加工作量,可以不带浇筑键槽壁,现场拼装后完成支模浇筑工作。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

5、结论Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!

  综上所述,新型装配式栓接梁柱节点试验中,可以发现梁柱受弯裂缝的延伸和发展均匀充分,加载后期导致型钢和混凝土逐步粘结滑移破坏,,由于有效约束力不足导致剪切破坏,对于装配式结构工程实际应用具有重要参考价值。Yut筑傲网|装配式建筑网站、建筑结构设计网站-提供建筑结构一站式服务!做装配式,就上筑傲网!


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