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1、钢筋混凝土框架边节点粘结锚固试验研究第3O卷第1期998年3月西安建筑科技大学J.XiauUniv.0fArch&Tech.Vo1.30No.1Mar.1998钢筋混凝土框架边节点粘结锚固试验研究0f(叫,吸TU37o3(西安建筑科技大学建筑工程系,西安.710055;第一作者女.32岁,讲师)摘要通过对钢筋混凝土框架边节点试件的试验,测量了梁纵向钢筋边节点内锚固段上的应变及在节点边的滑移,探讨了多种因素对弯折钢筋粘结锚固性能的影响,着重分析了弯折钢筋的滑移及沿其长度上的应变分布规律.关键词框架边j生;锚固钢筋;苎苎笪滑秽.,中国分类号TU37目锚l,雹L彳哔.j硷.Experimen
2、talstudyontheanchoragebondofexteriorbeamcolumnjointsLiHongFuHengjing(DeptofCons.Eng.,XianUnv.ofArch.&Tech.,Xian.710055)AbstractByexperimentofR.C.exteriorbeamcolumnjoints,thetranofanchoragebondandsliparemeasuredinthispaper.Theeffectofvariousactorsontheanchoragebondbehavior0fhockedbarsisdiscussed.
3、ThedistributionofthestraiandthebondstressalongthelengthOfhookedbarsmainlystudied.Keywordsexteriorbeamcolumj.ints,anchoragebars-anchoragebond,5l1试验情况1.1试件及加荷设计采用中问层框架边节点的足尺寸试件,试件有三种构造形式分三组,每组两个,共六个试件,具体构造见图1,参数见表1.试件放在200t试验机上进行并被施加轴向力,其值按0.75轴压比确定.模拟地震的反重复荷载作用在粱端,由拉压千斤顶施加,具体是,在三种形式的试件中各取一个组成组,施加反复荷载
4、,对另一组B组试件施加重复荷载.柱两侧水平反力由支架平衡.反重复荷载每级循环三次,直至试件屈服,此时对应的粱端位移为8,之后按梁端位移控制加荷,直至大于3以后,由于位移计量程不足而停止试验.1.2测试项目及仪表为了观察锚固段的应变,在该段钢筋纵肋两侧沿纵肋各开一道3mm5ram的槽,钢筋弯折后,把电阻片(2mm3ram)按L5d的问隔相错贴在两边槽内.整个锚固段上应变片布置见图2.待粘贴的应变片干燥后焊上并引出电线,经封腊做防水处理后用环氧树脂将槽灌满,固化后即可制作试件.为了观察梁纵筋在节点边的滑移,在该处钢筋上焊接与纵筋垂直的钢杆,浇筑试件时使钢杆与周围的混凝土留有约5ram的孔隙.试验中
5、记录了钢杆与柱面中轴线上的相对滑移,滑移由电子百分表测量.收稿日j孵:199708-28第1期李宏等:钢筋混凝土框架边节点粘结锚固试验研究17王l图1试件构造图图2应变片位置及滑秽量测各级荷载P作用下钢筋应变s,梁端位移,纵向钢筋的滑移全部由TV07数据处理机自动记录,同时荷载和滑移关系一曲线还采用了z函数记录仪记录和监控.2节点锚固性能研究为了便于分析锚固段的应变规律,把锚固段的弯后段拉直,使其与弯前段置于同一水平轴上,绘出每级粱端位移的第一,三次循环时的钢筋应变沿锚长的分布图.图中所呈现的规律非常相似,典型的如图3所示图中位移状态后面的数字为循环次数由图可见,节点边缘钢筋应变最大,随锚长增
6、加应变很快减小;梁端位移每增加一个等级,锚固段应变也增加一个等级,且增值沿锚长的增加而减小,但相同位移的第一,三次循环,锚固钢筋应变相差不大.综合所测锚固钢筋应变分布规律,可总结如下2l锚国钢筋的屈服渗透随着荷载增加,粱内纵向钢筋的拉力越来越大,以至于先在节点边屈服,再随梁端位移及塑性铰区域增加,钢筋屈服段越来越长,且逐渐向节点内渗透,这种现象称为屈服渗透.锚固钢筋的屈服渗透使粘结力降低,导致有效锚固段后移,弹性锚固段应变增加从试验看,除B组试件的受压纵筋没有屈服,自然也设有屈服渗透外,其余钢筋都有屈服,且屈服渗透长度随梁端位移增加而增加,并与直径成正比,如表2所示.所以在地震作用下,梁纵筋的
7、锚固段因屈服渗透,粘结应力陡减,该屈服渗透长度也是粘结力失效长度.所以文献1规定,对于一,二级抗震等级的框架梁,其最小锚固长度中应包括的附加锚固长度f|分别为10d和5,以此作为锚固失效段的补偿对照表2数据,可见该规定有着较高的可靠性.18西安建筑科技大学第3O卷l蔷一zd-CU2000e=1857I600I200?800400O369121518I33(a)LlA(b)LlB图3典型的锚固钢筋应变分布图2.2锚固钢筋水平和垂直段的作用在一定的钢筋拉力下,如果水平锚固段长且粘结强度高,则钢筋弯弧段的拉应力小,即弯弧和垂直段的作用小.反之,该段的锚固作用就大,从应变图上看,在加荷初期,水平段起主
8、要锚固作用.当梁端位移较大时,因钢筋屈服渗透,水平段粘结作用衰减,弯后段锚固作用渐起,而此时所测得的滑移量已很大,为使用所不能接受.可见水平段越长,其锚固作用越大,效果更持久.所以资料2规定,水平锚固段应不小于0.45l且应伸过柱中轴线,以保证足够的水平锚固作用,限制滑移过早过大发展.同样从应变图上看,过长的垂直锚固段不能充分发挥作用.这主要是因为垂直段锚固机理所致,也是因为垂直段平行于柱压力,这种压力不大可能减小由垂直作用于钢筋的拉应力所引起的劈裂危险踟.即柱压力可提高水平段的锚固作用,而不能提高垂直段的锚固作用.鉴于这两点,资料2规定,垂直段长度应在lOd至22d之间,2.3有效锚固长度试
9、验至到梁端位移达3而停止,锚固钢筋仍在末梢段应变非常小而没能发挥作用.表3列出了锚固钢筋水平段的全长及有效的垂直段和总长度.从表中可见,垂直段能否很?陕起作用与水平段的长度有关,即水平段越大,有效垂直段越短,反之,则长.但总的有效长度基本相等.对照于表中的z值,可见对于大部分试件锚固长度可靠,尤其是对强度较低的L2,L3试件,规定的.可靠度较高,再加.会更高,同时可见混凝土的强度等级对锚固长度的影响并非如文献Ez3规定的那样显着.第1期李宏等:钢筋混凝土框架边节点粘结锚固试验研究193锚固钢筋的滑移滑移是钢筋与混凝土间的变形不协调而产生的相对滑动.弯折钢筋因其水平和垂直段的锚固机理不同,由此产
10、生的滑移亦不同.水平锚固段是通过胶结力,摩阻力和咬合力以剪力的形式把钢筋的拉力传递给周围的混凝土,滑移是两者间产生的错动.而弯后段是把钢筋拉力转化为对弯弧下和垂直段外侧混凝土的挤压力,该段引起的滑移是因弯弧下混凝土受压产生的变形.试件中的钢筋都安装了测滑移装置,典型的户曲线如图4所示.605.堇40302.103S/ram0IS102030ZSlmm(b)L3一B囤4典型的户曲线3.1加载对滑移的影响滑移随梁端位移等级的增加而增加,等位移加载的不同次循环滑移量相差很小.试件屈服前因钢筋与混凝土胶结力的破坏及摩阻力的产生而产生的滑移很小.梁端位移每增加一个等级,滑移突增,因此时钢筋与混凝土间的粘
11、结锚固作用主要由商者问的咬合力,渐起主要作用的机械锚固力及越来越小的摩阻力提供.反复较重复荷载作用的滑移量大,A组试件受反复荷载作用,其钢筋受拉力和压力的反复作用,在正反两个方向都有滑移,钢筋横肋的两个侧面就反复挤压肋前混凝土,两向挤压引起的咬合齿内裂缝是交叉的,因此肋间混凝土齿更易被挤碎和切断,且混凝土颗粒磨细过程发展较快,致使粘结强度和刚度降低,使得滑移比受单向拉力或压力作用的B组试件的钢筋滑移大.3.2钢筋直径对滑移的影响受拉钢筋直径越大,其滑移值也越大.这是因为钢筋的拉力与其截面积成正比,即与(下转第32页)32西安建筑科技大学第30卷第三,开发建筑用耐火钢材.如日本的钢铁企业开发高温
12、时屈服点很少降低的钢材,并在东京中央区新川大厦等工程中推广使用;第四,推广使用钢与混凝土混合结构.这种结构可以充分发挥钢材与混凝土的力学性能,并提高了耐火能力,我国上海420m高的金茂大厦就是采用了这种结构;第五,开发高效钢结构防火涂料,各国都积极研究开发钢结构防火涂料,殴美,日本及我国都有工程实例,国产TNLG钢结构防火涂料在北京中国国际贸易中心宾馆塔楼宴会厅火灾中得到了实际检验,是钢结构防火发展前景很好的产品.此外,欧美等国还有数幢采用水冷钢管的钢结构的建筑实例.参考文献I川越邦雄.建筑学大系2卜一建筑防火论-东京:彰国杜,I970.Il71872日本建设省综合技术开发报告书.建筑物的防火
13、设计法的开发-第4卷,末京:耐火设计法,1988.54583李国强,金福安.钢框架结构火灾反应分析.土木工程,1994(I):Z74胡世德.高层建筑施工手册.北京:中国建筑工业出版社,I991.6927045藤井正伸.耐火被覆工法.建筑技术施工,末京:I983(I):9l100(上接第19页)其直径的平方成正比,而粘结应力与其表面积成正比,即与其直径成正比.再者,试验中采用的月牙纹筋,其外形参数并不随直径而成比例增加.所以钢筋越粗,从握裹面积来说其握裹效率越低.因此,对于相同的钢筋应力或应变差,直径大的钢筋将产生较大的滑移,其粘结锚固问题越突出.3.3反复荷载作用下p曲线的特点钢筋受拉时沿受拉
14、方向滑出,受压时或被压进或因受压凸起呈灯笼状被带出,所以随粱靖位移增加,p一曲线易出现8字形,如图4中,试件L3一A的钢筋p一曲线.随着粱靖位移增加,塑性铰的区域及转动越大,梁端混凝土保护层已剥落,此时钢筋已不再随拉压力而水平地滑出或滑进.当钢筋受拉时,钢筋被拉直滑出,滑移增大.钢筋再受压时钢筋的弹性回缩很小,表现在p曲线上,滑移有很小的恢复,随着压力的增加,钢筋被压回到摄大程度,此时滑移值如图4的反向加载后期,凸起部分越来越高,使得靠近节点的钢筋反而被带起滑出,此时测得的滑移值为而>所以p曲线呈8字形.在卸载及正向加载期间,突凸部分被慢慢拉直,节点边缘钢筋滑移不变,对应的p曲线上,该段的滑移刚度很高.直到梁端位移增加,钢筋又被拉直,锚固钢筋继续屈服渗透和流幅,滑移才继续增加.参考文献1GBJ10-89建筑抗震设计规范2GBJl189混凝土结构设计规范3PorkR,PaulayT.Reinforcedconcretesturcturs,19754Parvizata1.PullOUtofHookedBarsinExteriorBeamColumConnection.ACIJournal/MayJune,1988