新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点拟静力试验研究

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发布时间：2021-09-03

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新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点拟静力试验研究
张兆强，姚勇
(1．西南科技大学土木工程与建筑学院，四川绵阳621010；
2．长安大学建筑工程学院，陕西西安710061)
摘要：以轴压比为主要变化参数，对两种类型共4个1：1足尺模型的新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点进行了拟静
力试验。试验观察了试件的受力过程和破坏形态，得到了梁端荷载一位移滞回曲线和骨架曲线，并对比分析了试件
的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明：两种节点破坏均属于延性破坏，破坏时C型钢梁发生平面外屈曲，形成
塑性铰，钢梁下翼缘、腹板与柱焊接处拉裂，钢管混凝土柱一空钢管梁节点还在空心钢管梁上出现塑性铰；随着轴压
比的增大，空钢管柱一空钢管梁节点初始刚度变化不大，而钢管混凝土柱一空钢管梁节点刚度有所减小，两种节点的
延性均明显降低，极限承载力也有所下降，其中钢管混凝土柱一空钢管梁节点下降幅度更大。至于钢管混凝土柱一
空钢管梁节点刚度则明显大于空钢管柱一空钢管梁节点，且滞回曲线较饱满，在极限承载力、延性和耗能指标等方
面均优于空钢管柱一空钢管粱节点。
关键词：薄壁方钢管混凝土；新型梁柱节点；拟静力试验
中图分类号：TU 398．9 文献标志码：A 文章编号：1008—1933(2014)05—006—05
Research on a new type 0f beam-column joints for concrete-filled
thin-walled square steel tubes by the quasi—static test
ZHANG Zhaoqiang ，YAO Yong
(1．School of Civil Engineering and Architecture，Southwest University of Science and Technology ，
Mianyang 621010，China；
2．School of Civil Engineering，Chang’an University，Xi’an 710061，China)
Abstract：Considering axial compression ratio as the main parameter，the quasi—static tests on four full—scale models of new joints
between concrete—filled thin—walled square steel tubular columns and hollow steel tubular beams were carried out．The loading process
and the failure modes were observed，and the beam—end load—displacement hysteresis loops and skeleton curves were obtained．Based on
the experimental results，the stiffness degeneration，ductility and energy—dissipating capacity of the joints were analyzed．The results show
that the two types of new joints both present ductile failure，when the joints are destroyed，the C—shaped steel beams occur out—of-plane
buckling and the plastic hinges are formed，the lower flange of steel beam，the welds between web and column occur tensile rupture，and
for the concrete—filled steel tubular columns—hollow steel tubular beams joints(S-H joints)，the plastic hinges still appear on the hollow
steel tubular beams．With the increase of axial compression ratio，the initial stiffness of the hollow steel tubular columns—hollow steel
tubular beams joints(H—H joints)changes little，while for the S-H ones，the stiffness is decreased，the ductility of both S-H joints and
H—H ones is obviously decreased．The ultimate bearing capacity of the two types of new joints decreases with the increase of the axial
compression ratio．where the S-H joints decreases more．The stiffness of S-H joints is significantly larger than that of H—H ones．And the
load—displacement hysteresis loops for S-H joints is also much more plump than that of H—H ones．In terms of ultimate bearing capacity．
ductility and energy—dissipating capacity，the S-H joints are better than the H—H ones．
Key words：concrete—filled thin—walled square steel tube；new type of beam—column joint；quasi—static test
收稿日期：2014435—13
作者简介：张兆强(1981一)，男，重庆永川人，讲师，博士研究生，主
要从事钢一混凝土组合结构方面的研究。
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51308479)；四川省科技厅
应用基础研究资助项目(2010JY0174)；四川I省教育厅资助项目
(13ZB0179)
E —mail：52282843@ qq．con
0 引言
近年来，随着国家经济的快速发展，钢材的品
种、规格和产品质量均接近和达到国际先进水平，轻
型钢结构房屋体系发展迅速，成为住建部在建筑业
中重点推广的十大新技术之一。在汶川特大地震
2014 No．5 张兆强，等：新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点拟静力试验研究 7
后，出现了一种梁柱均采用薄壁方钢管的轻钢结构
体系，如图1所示。该体系具有整体性好、自重轻、
可采用工厂标准化生产、施工周期短、取材对环境影
响小等优点，符合可持续发展要求，具有很好的发展
与应用前景。在该结构体系中，梁柱节点一般采用
直焊方式。直焊操作简单方便，但反复施焊易造成
节点延性和刚度降低。因此，课题组提出了一种新
型梁柱连接节点，将纵向框架梁移至柱外表面焊接，
再将横梁焊接在纵向梁上，以减少对立柱管壁的施
焊次数，避免焊穿管壁引起柱承载力降低，缓解焊接
区域的脆性恶化，具体构造如图2所示。另外，由于
该体系中梁、柱所采用的钢管壁厚较薄，一般为1—
3 ITlm，钢管空心柱在荷载作用下容易产生局部屈
曲，导致承载力降低，同时影响结构的整体稳定
性 J，不利于应用到轴向荷载较大的多层或高层房
屋中。为此，课题组考虑在前述节点的空心方钢管
柱中填充混凝土形成钢管混凝土立柱，以增强稳定
性，提高其竖向承载力，使其满足“强柱弱梁”的抗
震要求。为探究采用空钢管柱及内填混凝土钢管柱
的该类节点抗震性能的差异，本文通过拟静力试验，
研究其在不同轴压比下的破坏形态、滞回特性和耗
能能力等重要抗震性能指标，以期更清晰地了解该
类节点的抗震性能，为工程实践提供参考。
图1 薄壁方钢管梁柱结构体系
Fig．1 Thin-walled light steel structure system
图2 节点构造示意
Fig．2 Schematic diagram of joints details
1 试验概况
1．1 试件的设计与制作
选取1：1足尺模型的框架边节点为研究对象，
共2组4个试件，其中空钢管柱一空钢管梁节点2个
(试件编号为KKXJD．1、KKXJD-2)，钢管混凝土柱一
空钢管梁节点2个(试件编号为SKXJD．1、SKXJD
2)，主要参数见表1。方钢管柱内灌注混凝土，配合
比为：水泥：水：砂：碎石：1：0．45：1．75：3．54，采用
自然养护法养护，实测边长150 mm的立方体试块
强度．为29．1 N／mm 。焊缝采用E43型焊条手
工施焊，钢材为Q235．B钢。为固定构件，在柱底部
焊接了尺寸为200 mm×200 mm ×12 mm钢板
(Q345．B钢)，钢板与基座采用高强螺栓连接。钢
材性能指标见表2。