钢板连梁试验方案

1小跨高比钢板连梁抗剪承载力试验设计一、试验目的研究目标是通过对剪力墙-钢板组合连梁模型拟静力试验，研究梳齿型连梁及改进的焊接半开口箍筋钢板组合连梁的综合抗震性能，实现以下研究目标：（1）对于梳齿钢板-混凝土组合连梁，重点是研究其在沿齿缝根部出现新的剪切破坏面而发生撕裂破坏的可能性以及墙肢混凝土中锚固的有效性；（2）对于改进的焊接半开口箍筋钢板-混凝土组合连梁，重点是研究跨高比及配板率对钢板连梁的变形、屈服、延性、刚度退化及耗能特性；（3）提出钢板-混凝土组合连梁承载力计算公式，为钢筋混凝土剪力墙连梁设计计算提供依据。二、最大施加荷载(1)试验最大加载1）连梁截面抗剪承载力，加载至钢筋屈服，钢板可能屈服按加载能力及试件设计上的方便，内含钢板最大厚度20dmm，按材料强度标准值（或平均值计算），c40混凝土，2.39tfMpa，箍筋为II级钢筋300yvfMpa，钢板为Q235，300yvfMpa。破坏荷载为：0000.70.20.58svsvtyvyvAAVfbhfhfDtfhfDtss000.70.2100.50.72.39150(50020)300(50020)0.240030020100120.5145480745.5svtyvAVfbhfhfDtskN当最大钢板厚度为12mm时，000.70.2100.50.72.39150(50020)300(50020)0.230040012100120.5145289555KNsvtyvAVfbhfhfDts200.58100.5300(50020)0.5830040012100145835980KNsvyvAVfhfDts最大试验荷载可取630kN2)连梁截面抗弯承载力对于小跨高比连梁，为剪切破坏，不验算受弯破坏3)试件及加载梁计算剪力键的尺寸与数量由以下因素确定:(2)试件剪力键预留孔混凝土局部抗压强度验算图1试件一端，剪力键预留孔假设试件翼缘部分厚度150mm中只有厚度为50mm的部分参与受压，按c40抗压强度设计值计算局部抗压强度承载力：ln1.35llccFnfA31.732,1blclAdhAdh，19.1cfMpa（取设计值）3050lA，则ln1.35161.351.732119.130501066630llccFnfAkNkN四、试件设计3连梁混凝土为c40，钢板Q235，混凝土保护层厚度：对于连梁与墙肢的部分取10mm，底座取15mm。钢板焊接栓钉，为Ф20x30x150x150mm。试件类型如下表：表1试件类型表类型数量（个）备注梳齿钢板连梁3跨高比1.5(750/500)钢板锚固长度300mm(齿缝部分)钢板厚8mm、12mm、20mm焊接半开口箍筋2跨高比750:500=1.5(750/500)钢板锚固长度300mm钢板厚8mm、12mm改进焊接半开口箍筋12跨高比1.5(750/500)、2.5(750/300)钢板锚固长度300mm、250mm、200mm钢板厚8mm、12mm总计17(2)混凝土强度(取C40);(3)试件名义剪压比;(4)试件的跨高比分别为1.5(试件编号以CB15开头)和2.5(试件编号以CB25开头)。连梁截面的宽度定为150~，跨度为确定值750~，不同跨高比通过调节连梁截面高度实现，对跨高比为1.5的试件，连梁截面高度为500mm，跨高比为2.5的试件，连梁截面高度为300mm。墙肢的厚度和连梁的厚度相同。为了研究钢板混凝土连梁的抗震性能和抗剪承载力，设计时希望试件先达到弯曲屈服，然后剪切破坏。跨高比为2.5的试件强弯弱剪。为此，对于CB巧的4个试件，受拉纵筋采用2Ф16，配筋率为0.57%，箍筋采用2Ф8@100，面积配箍率为0.67%;对于CB25的2个，受拉纵筋采用4Ф16，配筋率为1.98%，箍筋采用208@120，面积配箍率为0.56%。对于CB15系列试件，在梁高的两个3分点处还分别布置了2根少12的腰筋。为了研究钢板对连梁抗震性能的影响，两组试件配置了不同截面形式的钢板。为了保证钢板和周围混凝土的共同工作，借鉴了钢管混凝土环梁节点抗剪的思想，考虑施工方便，在钢板的两侧面分别焊上2根Ф12钢筋。试件的主要参数列于下表，试件配筋示意图如图3.8所示。4BBCCAADD图1梳齿连梁构造及配筋图表1连梁试件表编号h(mm)l/hAsρs(%)AsaAsvρsv(%)D(mm)t(mm)la(mm)ρp(%)P(t)SC15-15001.52Ф164Ф122Ф8@1004008300杨志康SC15-25001.52Ф164Ф122Ф8@10040012300杨志康SC15-35001.52Ф164Ф122Ф8@10040016300杨志康HJ15-15001.52Ф164Ф122Ф8@1004008300富腾HJ15-25001.52Ф164Ф122Ф8@10040012300富腾HJ15-25001.52Ф164Ф122Ф8@10040016300富腾GHJ15-15001.52Ф164Ф122Ф8@1004008200李、秦GHJ15-25001.52Ф164Ф122Ф8@1004008250秦苗珺GHJ15-35001.52Ф164Ф122Ф8@1004008300秦苗珺GHJ15-45001.52Ф164Ф122Ф8@10040012200李一康GHJ15-55001.52Ф164Ф122Ф8@10040012250GHJ15-65001.52Ф164Ф122Ф8@10040012300GHJ15-45001.52Ф164Ф122Ф8@10040016200李一康5GHJ15-55001.52Ф164Ф122Ф8@10040016250GHJ15-65001.52Ф164Ф122Ф8@10040016300GHJ25-13002.52Ф16无2Ф8@1002408200GHJ25-23002.52Ф16无2Ф8@1002408250GHJ25-33002.52Ф16无2Ф8@1002408300GHJ25-43002.52Ф16无2Ф8@10024012200(待定)GHJ25-63002.52Ф16无2Ф8@10024012250(待定)GHJ25-73002.52Ф16无2Ф8@10024012300(待定)材料汇总：剪力墙-连梁模型试件数量为17个，如研究内容中所述。混凝土采用C30，受力纵筋采用3级钢筋，钢板采用Q235。为了使连梁钢板与混凝土能共同工作，防止混凝土开裂后钢板发生屈曲破坏，在钢板表面设置栓钉，其尺寸及间距参照《型钢混凝土结构技术规程》中的有关规定。用LVDT位移计测量目标点位移（量测连梁两端相对位移以计算转角），用电阻应变片测量钢板及混凝土应变计算应力。根据17个模型的试验结果比较梳齿钢板连梁与半开口箍筋钢板连梁以及改进的半开口箍筋钢板连梁的承载特性之间的差别，评价改进半开口箍筋钢板连梁节点对是否具有同样的承载特性，以及不同含钢率的影响。材料汇总：模型浇筑采用刚模板，两端需预留Ф40剪力键的孔（剪力键为Ф30）。在模板需要按位置钻Ф40圆孔，穿入外径Ф38的pvc硬管（内径Ф36mm）三、试验装置采用拟静力往复加载试验方法研究钢板-混凝土组合连梁的承载特性。试验研究对象为一榀双肢墙。在试验模型中只保留一根连梁及上下各一层楼层高度的墙肢。试验加载装置如图18所示。在L型刚性加载梁的一端采用美国MTS公司1000KN做动器对试件施加剪力。为了使加载条件接近连梁实际的受力条件，采用类似于参考文献[36]中的加载装置，但利用四根刚度大的吊杆将加载梁悬挂在门式钢架横梁，吊杆的运动为连杆运动，保证连梁跨中受到纯剪切的作用。另外用钢丝绳通过定滑轮将加载梁施加平衡重，保证做动器的水平推力全部施加到试件上，精确控制施加的剪力值。五、试验加载方案加载方式为水平低周对称往复加载，用来研究连梁节点在低周往复荷载作用下的变形、强度退化特性、刚度退化特性以及耗能特性。首先根据类似构件的有关规定估算连梁梁端出现塑性铰的荷载MP（标志为连梁受力纵筋屈服）及连梁剪切屈服荷载SP（标志为剪切破裂面6主拉应力达到屈服值），加荷等级分别为0.1MP、0.25MP、0.5MP、0.75MP及1.0MP，由于这时加载的位移较大，因此需要视试件的变形及破坏情况按力或位移控制加到SP；之后按位移控制施加至荷载AP使钢板锚固区域发生破坏。得到试件开裂荷载CRP、MP、SP及锚固端破坏荷载AP及其对应的变形、骨架曲线、延性系数，刚度与强度退化曲线等，综合评价构件的承载与耗能特性。3加载制度根据《建筑抗震试验方法规程》(JG1J01一96)[s7]的要求，试验时分两阶段采用不同的加载控制方法:在试件纵筋屈服以前，以荷载控制加载，每个荷载等级只完成一个加载循环(包括正向加载与方向加载);在纵筋屈服以后采用位移控制，加载步长按屈服位移控制(即按照屈服位移的整数倍加载)，每个位移等级反复2个循环。在混凝土保护层压溃严重，剥落严重，试件承载力下降到70%以下时停止加载，试验结束。加载程序如图3.7所示。7加载制度示意图六、试验测点布置1、钢筋和混凝土应变片测量⑴、钢筋应变测量钢筋应变片在浇筑混凝土前贴于设计位置处，为消除钢筋本身弯曲产生的应变，应变片应贴于钢筋的侧面，而不能贴在钢筋的上或下面。⑵、混凝土应变测量混凝土应变片在试件制作后实验前贴于试件表面，在同一截面处一个贴于梁顶（底）部，其余3个贴于梁侧面，用于测量混凝土应变和受压区高度。钢筋和混凝土应变片的布置如图3所示，其编号及连接通道见表3所示。3.22量测方案试验中量测了以下内容:()l施加给试件的水平剪力;(2)沿梁跨度方向上连梁的侧向变形，总共沿试件高度布置了7个测点，分别是试件顶部的水平位移Dl，试件的水平刚体位移D7，梁墙交界处墙肢的水平位移DZ，D6，梁墙交界处连梁的水平位移D3，DS，梁跨中的水平位移D4;(3)梁的轴向变形DS;(4)梁中钢板的应变(通过应变片与应变花量测)、纵筋和箍筋的应变;(5)记录裂缝的发生、开展和分布情况。7采用力传感器量测试件承受的水平荷载，位移计测量试件的水平变形和轴向伸长，试件位移测点布置如图3.3所示。Dl一D3采用量程为200~的位移计，D4，DS和DS的量程为100~，试件底部的位移D6和D7采用量程为50~的位移计量测。对于单向应变采用3AA的电阻应变片测量，钢板上采用C3A应变花测量测点处三个方向的应变，个别位置布置了3AA的单向应变片。量测的所有数据用IMP计算机数据自动采集系统自动记录。纵筋应变片布置方法是:保证在连梁梁墙交界截面处有2根帖有应变片的钢筋，其他位置根据情况适当增加贴片钢筋的数量，纵筋的应变片布置如图3.4所示。箍筋上的应变片有两种布置方案，一种仅在箍筋长肢中点处设置一应变片，量测箍筋中的拉应变;另一种是对布置在靠近连梁端部的箍筋，在箍筋长肢上布置三个应变片，分别量测靠近两端(距箍筋弯折点外皮50nllll)和中点处的应变，箍筋上的测点布置如图3.5所示。钢板上的应变片根据不同类型的钢板有不同的布置测点布置，但在梁墙交界截面和跨中截面处等关键截面都在钢板沿梁轴线位置布置了应变花，几个试件钢板上的测点布置如图3.6所示。3、支座约束力测量两端支座水平和转动约束各用2个250kN和150kN的拉压传感器测量，仪器的编号及连接见表5所示。表5支座力传感器4、数据采集系统数据采集系统采用动态应变仪（Strainbook616），1MHz系统采样率，16bit分辨率，将调理器传至的标准信号进行数字化转换，同时送交控制器进行数据处理及保存。七、试验进度安排试验进度安排见表6所示。表6试验进度安排表七、试验过程记录试验过程记录见表7所示。时间试验内容备注2010.9.1-2010.10.15试件制作，辅助实验装置设计制作2010.