贵阳北站预应力混凝土梁节点试验方案.doc

钢管混凝土柱-预应力混凝土梁节点试验方案钢管混凝土柱-预应力混凝土梁节点试验方案武汉大学土木建筑工程学院 目 录1 概述 11.1 项目概况 11.2 研究目的及内容 12 试验方案 22.1 试件数量 22.2 试件模型设计 32.3 试验设备与装置 172.4 试验测试内容 182.5 加载制度 192.5.1 梁端单向加载试验 192.5.2 低周反复加载试验 193 试验计划 20151 概述1.1 项目概况高架层结构中采用钢管混凝土柱及预应力钢筋混凝土梁梁内配置后张有粘结预应力筋，预应力筋穿过梁柱节点钢管混凝土柱与预应力钢筋混凝土梁的节点构造如下图所示钢管混凝土柱在节点区设置内加强套管、内隔板及外环板，钢管柱上开孔穿过预应力筋梁钢筋焊接于钢管柱外环板上，上下外环板之间设置钢牛腿，传递梁端剪力图1 节点构造1.2 研究目的及内容如果不考虑钢管混凝土柱与预应力钢筋混凝土梁节点中的预应力筋，该节点的构造形式受力可靠，内外环板可传递梁的弯矩，钢牛腿传递梁端剪力此种形式的节点已经有较充分的研究以及大量的工程应用。

但是增加了预应力筋之后，该节点受力有以下特殊性：（1） 钢管壁上为了穿过预应力筋开了洞口，节点区中也增加灌浆孔道，对节点区抗压及抗剪能力有一定削弱需要对其效果进行验证2） 预应力筋在梁柱交界面内产生压力及弯矩，使其受力状态与一般的钢管混凝土柱-混凝土梁环板节点及现浇预应力梁柱节点受力状态均不同，可能更类似于预制预应力梁柱节点的受力状态梁柱交界+面上预应力对减小残余变形、增加抗剪能力有利需要进行试验研究因此，需要对节点该进行试验研究，研究目的有以下几点：（1） 验证本工程的设计方案、施工制作工艺能保证梁柱节点的承载力（尤其是接触面处抗剪承载力）不低于设计内力2） 研究该节点在地震荷载作用下的性能，包括变形能力、滞回能力、耗能能力、承载力及刚度、破坏模式等根据以上目的，进行试验方案的设计2 试验方案2.1 试件数量根据试验目的，设计以下几组试件进行试验：（1） 第一组：缩尺梁柱节点试件静力试验，该类试件按照实际构件的配筋和节点构造制作在梁端施加竖向力，在梁柱节点处产生弯矩及剪力，直至梁根受弯或受剪破坏主要目的是验证实际工程中采用的节点是否能满足设计承载力的要求，得到节点的极限承载力，研究其破坏模式。

初步设计2类剪跨比，设计为梁端剪切破坏和梁端弯曲破坏2） 第二组：缩尺梁柱节点试件静力试验，该类试件不设置预应力在梁端施加竖向力，在梁柱节点处产生弯矩及剪力，直至梁根受弯或受剪破坏主要目的是得到节点的极限承载力，并和第一组试件进行对比，研究预应力对试件承载力、刚度、破坏模式的影响初步设计2类剪跨比，设计为梁端剪切破坏和梁端弯曲破坏3） 第三组：试件同第一组，为拟静力试验，柱底铰接，按照重力荷载代表值，在柱顶施加固定竖向荷载，两个梁端施加相反的竖向往复荷载，直至节点区受弯或者受剪破坏试件参数考虑剪跨比、耗能系数（）耗能系数表示预应力节点的滞回面积与相同承弯能力的非预应力节点滞回面积的比值，即耗能系数与预应力的大小有关因此，设计三个预应力值4） 第四组：试件同第二组，为拟静力试验，柱底铰接，按照重力荷载代表值，在柱顶施加固定竖向荷载，两个梁端施加相反的竖向往复荷载，直至节点区受弯或者受剪破坏试件数量见表1表1 试件数量分组试件编号加载方式梁剪跨比预应力筋试件数量备注第一组JPS-1梁端静力加载2.0有（0.7fptk）1剪切破坏JPS-2梁端静力加载3.0有（0.7fptk）1弯曲破坏第二组JNS-1梁端静力加载2.0无1剪切破坏JNS-2梁端静力加载3.0无1弯曲破坏第三组JPC-1梁端低周反复加载2.0有（0.7fptk）1JPC-2梁端低周反复加载3.0有（0.7fptk）1JPC-3梁端低周反复加载3.0有（0.6fptk）1JPC-4梁端低周反复加载3.0有（0.8fptk）1第四组JNC-1梁端低周反复加载2.0无1JNC-2梁端低周反复加载3.0无1说明：环形牛腿支承面上混凝土局部承压强度所决定的受剪承载力：外环板为62.5时：=3.14 (375+62.5) 62.540=3434375N=3434.375kN外环板为80.0时：=3.14 (375+80) 8040=4571840N=4571.84kN2.2 试件模型设计（1）节点相似条件该项目的重点是研究低周反复荷载作用下钢管混凝土柱梁的节点性能，其受力变形的物理过程属于静力分析过程。

该过程涉及到的物理量包括：节点转角位移、正应力、剪应力、剪应变、挠度f、长度l、节点抗弯刚度R、弯曲截面系数W、截面惯性矩I、荷载P、弯矩M、泊松比、剪切模量G、弹性模量E其中，长度尺寸l是指结构构件的长度、宽度、高度和厚度等绝对量纲[L]的几何特性节点抗弯刚度的定义为节点产生单位转角所对应的弯矩上述各相关物理量不完全独立，但针对量纲分析和相似条件推导，不会导致错误的产生将该物理过程的有关物理量写成一般的函数表达式：上述中：物理量个数n=15，基本量纲k=2，独立的相似准数个数（n-k）=13函数表示为：所有物理量参数组成无量纲形式的为：其中：为待定的指数采用基本量纲表示该15个物理量的量纲：排列为量纲矩阵：基本量纲待定指数的方程为：量纲[L]：量纲[F]：先确定以外的指数，则可由下式来确定：此时，指数采用矩阵表示如下fRWIPMGlE10000000000000001000000000000-10010000000000000010000000000-10000100000000000000010000000-100000001000000-3-1000000100000-300000000010000-400000000001000-2-10000000000100-3-10000000000010000000000000010-1将各行的幂指数代入函数一般形式，得到13个独立的数。

上式为相似条件，其中一种相似条件可以表示为：根据上述的相似条件：对于钢管混凝土柱梁节点的缩尺模型试验，在不出现几何不完全相似的前提下首先确定缩尺比例，然后要求模型节点的转角变形与原型的转角变形一致，则；模型的正应力、正应变、剪应力和剪应变也与原型一致，、、和；材料方面：模型采用与原型相同的材料，、和在上述条件满足的情况下，模型的挠度是原型的倍，模型的转动刚度、弯矩是原型的倍，模型的荷载是原型的倍；原型的刚度和转角变形可以直接从模型试验数据中换算得到考虑武汉大学土木建筑工程学院结构实验室的加载装置最大加载力为1200吨，为保证试件到达极限承载力，试件与原型的比例为1:4详细的尺寸见图1、图2和图31）钢管混凝土柱：截面尺寸Dt=375 mm10mm；高H=2300 mm +500 mm =2800 mm (3375=1125mm，近似取1150 mm)（2）混凝土梁截面尺寸bh=325 mm500 mm；梁长l=1600mm（在加载点预埋钢垫块，不会出现混凝土局部压碎现象）A-AB-B图1 试件尺寸（a）预应力梁与钢管混凝土柱交接处节点注：节点区域的栓钉为 每层6Ф19，长度100mm，沿柱竖向间距100mm一层。

b） 1-1剖面（c） 2-2剖面图2 钢管节点细部图 1# 外环板2# 内隔板2A# 内隔板3# 竖板3A# 竖板5# 竖板5A# 竖板图3 板件尺寸（注：板件厚度均为9mm） 2.3 试验设备与装置试验拟在武汉大学结构试验室内进行，设备主要包括空间自平衡加载架，1台1200吨轴压千斤顶、2台500吨轴压千斤顶、2台100吨拉压做动器试件安装在空间自平衡加载架内梁端自由柱顶和梁端施加竖向荷载自平衡加载架的承载能力为1200吨，具有足够刚度，可避免因反力装置的变形而对试件造成较大的次应力空间自平衡加载架如下图7所示图7 1200吨自平衡加载架试验加载装置如图8所示图8 加载示意图2.4 试验测试内容荷载、变形、应变等数据在实验全过程中自动连续采集试验过程中测量：（1）梁的竖向位移和柱子的水平位移，如图9所示；图9 位移计布置图（2）节点区的竖向变形和剪切变形，节点关键位置处钢筋和混凝土的应变；（3）预应力筋的力；梁端转角和裂缝的开展情况，并在试验中随时观察试件的破坏现象2.5 加载制度2.5.1 梁端单向加载试验按照重力荷载代表值，在柱顶施加固定竖向荷载，两个梁端施加竖向荷载，直至节点区受弯或者受剪破坏。

试验前先预加载，柱端按照预计施加最大轴向力的20％预加、卸载一次，梁端采用2吨荷载反复加载二次，以消除试件内部组织不均匀性正式试验时，柱端的轴向荷载一次施加，并在试验中保持恒定各梁端荷载分级施加，按梁端屈服荷载的25％分级施加；试件屈服后，改用位移控制加载，每级位移增量为试件屈服时的位移的1倍当加载到节点临近破坏时，荷载增量很小甚至下降，而位移增量却很大当荷载降低到峰值荷载的85%以下，且发生下列条件之一时即可停止加载：节点区钢管发生严重的局部屈曲或发生过大的焊缝撕裂；钢筋混凝土梁发生断裂或裂缝开展严重2.5.2 低周反复加载试验按照重力荷载代表值，在柱顶施加固定竖向荷载，两个梁端施加相反的竖向往复荷载，直至节点区受弯或者受剪破坏低周反复加载试验根据《建筑抗震试验方法规程》（JGJ101-96）制定加载制度试验前先预加载，柱端按照预计施加最大轴向力的20％预加、卸载一次，梁端采用2吨荷载反复加载二次，以消除试件内部组织不均匀性正式试验时，柱端的轴向荷载一次。