钢管混凝土柱、钢筋混凝土梁节点试验分析

摘 要：随着高层建筑的日益发展，钢管砼结构已经得到了越来越广泛的应用。其梁柱节点是该结构应用的关键技术问题之一，对其结构形式和力学性能的研究是钢管砼结构研究的热点。

关键词：钢管混凝土柱；钢筋混凝土梁节点；实验

前 言：

钢管混凝土梁柱节点主要传递梁端剪力和弯矩（刚性节点）或仅传递梁端剪力（铰接节点），是结构最重要的组成部分，又是确定结构计算模型的关键。所以节点是否合理，直接关系到建筑结构整体的可靠性，影响整个工程的造价以及工程的进度。

基于对现有节点的分析，本文提出一种新型节点：装配式无环板穿心牛腿钢管混凝土梁柱节点，如图1.1所示。

一、节点的低周反复荷载试验

本文对这种节点进行了低周反复荷载试验，从而为这种节点在工程中的实际应用提供依据。根据梁端型钢与穿心牛腿间不同的连接方式，这次试验中共制作了两个试件。依据节点形式，该试验中共制作了两个试件，分别采用不同的连接方式。编号为J1（预制梁与穿心牛腿采用等强对接焊缝的连接形式，如图2.1所示）和J2（预制梁与穿心牛腿采用高强螺栓等强连接）。

（a）

对试件所用的钢材分别制作了标准拉伸试样并进行了拉伸试验，试验钢材的屈服强度 、极限强度 、弹性模量 。钢管内混凝土和梁的混凝土设计标号为C30，试验中制作了标准立方体试块，测试了立方体抗压强度 。

二、试验结果分析

试验过程中以纵向钢筋筋屈服或试件的荷载-变形曲线上出现明显拐点时对应的荷载作为屈服荷载，对应的位移作为屈服位移。荷载达到最大值时承担的荷载作为极限荷载，试件破坏时达到的位移作为极限位移。当结构临近破坏时，荷载增量较小，而位移增量较大，达到下列条件之一即可认为试件破坏：（1）受压区混凝土压碎；（2）试件至最大荷载后，承载力下降至最大承载力的 85%；（3）梁端挠度达悬臂长的1/250；

根据试验过程得到的各项指标见下表：

选取危险截面处纵筋上应变片测点的读数，作出整个加载过程纵筋的应变值与荷载变化曲线，如图3.3、图3.4。

由图3.3可知在梁端加载至15kN左右时，曲线出现了明显的拐点，这证明钢筋已经开始进入了塑性阶段，这与试验中试件J1梁内纵筋在荷载达到14kN时屈服的现象相吻合。试件J1梁内纵筋的受力情况比较符合适筋梁内钢筋的受力特点，受力性能比较稳定。由图3.4可知当荷载增至20kN左右时曲线出现一个不太明显的拐点，至荷载加到35kN左右时曲线上出现第二个拐点。第一个拐点是由于纵筋屈服引起的，第二个拐点是由于连接板逐渐产生滑移而后滑移又消除引起的。

根据材料力学公式和试验中采集到的应变数据，分别计算出了梁屈服时试件腹板中性轴处最大剪应力（表3.2）和翼缘上的正应力（表3.3）。由计算结果可以看到，当梁屈服时，两个试件上无论是腹板上最大剪应力还是翼缘上的正应力，均没有达到材料的屈服强度。这说明梁屈服时，型钢基本上处于弹性阶段，并没有塑性发展，这与设计相符，这说明两个试件的破坏过程很稳定，塑性铰在预想的混凝土梁部位产生，节点受力性能好。

观察试件J1梁端滞回曲线，呈现比较明显的梭形，都比较稳定，形状也很饱满，没有出现明显的捏缩现象，说明节点J1有比较好的耗能能力和位移延性。观察试件J2右侧梁滞回曲线，其形状呈明显的Z形。这反映出滞回曲线受到了大量的滑移影响，具有滑移性质。由于滑移的发生，试件J2梁端荷载―位移滞回曲线并不能反映试件的抗震性能。

三、结论与展望

通过试验和一系列分析，本文得到主要结论如下：

（1）试件 J1以混凝土梁的受压区混凝土压碎而破坏；试件J2在试验过程中产生了较大的滑移，导致梁端挠度过大，最终以混凝土梁开裂而破坏。

（2）两试件在破坏时，型钢和钢管壁均没有屈服，是以混凝土梁的塑性铰发展而破坏，满足“强节点，弱构件”原则。

（3）试件 J1的滞回曲线饱满，说明节点抗震性能好；试件J2由于在试验过程中产生了较大的滑移，导致滞回曲线呈Z性，并不能反映节点的抗震性能。