型鋼混凝土柱復(fù)合受扭試驗方案設(shè)計

型鋼混凝土柱復(fù)合受扭試驗方案設(shè)計回顧以往的研究不難發(fā)現(xiàn)，過去很多和型鋼源凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件仃關(guān)系的研究大部分是在斜截面受剪、正截面受彎、節(jié)點受力的機(jī)理、構(gòu)件抗震性能和構(gòu)造等相關(guān)方面研究上面，而我國頒布的名制骨源凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(YB9082-2006),以及”利例阻凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程3口0"招-加01)1201也都沒有給出關(guān)于型制海凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受扣承載力理論分析用設(shè)計方法方面的相關(guān)規(guī)定.在我國，結(jié)檢構(gòu)件的受扭研究是一個發(fā)展相時較晚的課題，關(guān)于型鋼泡凝土快件受用性能研究的資料.國內(nèi)只仃少量論文發(fā)表，國外的研究成果也敕少口木試驗里點對配H型鋼的型鋼泡凝士柱的復(fù)合受加性能進(jìn)行試驗研究-影響型鋼泡凝三柱復(fù)合受出性能的因素有很多，如:型策截面尺寸、型制的保護(hù)層厚度、配筋率、配箍率、配鋼率、軸下比、泡凝土強(qiáng)度等級等等口本試驗選取截面尺寸、型鋼用飄向配筋均相同的試件’以不同的軸壓比、招彎比、泡凝土強(qiáng)度用配掖率為研究參數(shù)進(jìn)行試驗設(shè)計口試驗?zāi)康脑趯嶋H工程應(yīng)用中,結(jié)檢或檢件處于純扣，狀態(tài)下的情況往往比較少，絕大多數(shù)都是處于彎矩、剪力用扣矩等共同作用的復(fù)合受印狀態(tài)卜.例如1吊車梁、南海梁、現(xiàn)澆框架邊梁、不規(guī)以結(jié)檢的角柱等，都是屬于復(fù)合受用松件口水次試驗主要是對6根配賣腹式的H型鋼泡凝土柱在單調(diào)荷載作川卜的根配受刖性能進(jìn)行研究的,主要試驗?zāi)康呢暌韵?個方面、首先,通過時b根型鋼海凝士柱試件的試驗，觀察其在壓.彎、剪、川共同作用F的破壞形態(tài)、裂縫發(fā)展及分布情況并叱錄各試件受到各緞荷載大小、也甚開裂荷載值、極限破壞荷載值用型鋼、阻凝二縱向鋼筋制掖筋的應(yīng)變口其次，畫出個各試件的荷載-變形曲線，為其后分析型銅泡凝土受扭性能提供必要的依據(jù)’并分析每個不同因素對檢件受招性能用剛度的不同影響程度0最后.通過每小型鋼泡凝土檢件的對比分析■.分析型鋼混凝土構(gòu)件的受扭性能,研究軸不比、招彎比、混凝’二強(qiáng)嗖等級、配掖率、配鋼率等因素對型鋼泡凝上受用性能的影響’找H主要因素，分析其影響程度用關(guān)系-試件設(shè)計與制作本次試輯共澆筑了6根正方形截面的型輛源凝土柱,試件的設(shè)計與制作主要是參照《型銅涮凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ138-2001)附和《建筑抗震計規(guī)范》(GB5OO11-2O1O)岡這兩本規(guī)范。為了更好的分析型鋼混凝土的受扭性能,本試驗設(shè)計試件的原則要求在試件的受扭破壞先于彎曲破壞和剪切破壞發(fā)生，并且使得構(gòu)件的受扭縱筋和箍筋均能夠達(dá)到屈服狀態(tài)。試件尺寸的確定為了使柱底嵌固端有較大的相對剛度，基礎(chǔ)尺寸設(shè)為460x500x1200mm。柱頂為自由端,試件按1:2縮尺設(shè)計,柱截面尺寸為bxA=300x300mm,柱高H=900mm,為了滿足加載的要求，防止加載時柱端產(chǎn)生局部受壓破壞，在柱端200mm范圍內(nèi)預(yù)埋一個300x300mm,壁摩為10mm的方鋼管。柱計算高度為Ho=8壁mm,也就是說試驗段尺寸為300mmx300mmx82Omm□長細(xì)比為仇〃7=820x2/300=5.47,可以避免產(chǎn)生短柱的影響，剪跨比九=820/300=2.73>2試件配筋柱頂端為自由端,底端為固定端,柱截面尺寸采用bxh=300mmx300mm,柱高H=900mm,基礎(chǔ)尺寸為460mmx500mmx1200mm。其中型鋼截而選取H型鋼，規(guī)格為H150X150X7X10。柱頂箍筋加密其它區(qū)域箍筋變8@100為主?；炷帘Ｗo(hù)層厚度取20mm。試件截而具體設(shè)計參數(shù)和尺寸可見表2』、圖2.1。表2.1H型鋼混凝土試件設(shè)計主要參數(shù)設(shè)計參數(shù)試件軸壓比扭彎比混凝土JcJMpa配鋼率箍筋HSRCZ-10.111C354.4%ts@iooHSRCZ-20.211C354.4%虹@100HSRCZ-30.212C354.4%^S@100HSRCZ-40.111C454.4%虹@100HSRCZ-50.111C455.9%*8@75HSRCZ-60.111C355.9%虹@100注：1、試件編號HRCZ-1中,“廣為試件序號. 濃示H型鋼：2、截面尺寸均為300mmx300mm,縱筋均為8曾12.詳見構(gòu)件截面圖：3、混凝土強(qiáng)度等級為C45和C35.型鋼為Q235B,縱筋均采用HRB400.部筋均采用HRB400?H型鋼截面2-.H鹿釧截面1-,小H型綱械血下?.H型鋼截面2-.H鹿釧截面1-,小H型綱械血下?.Aa=3965mm2PlAs=9(>4mm2Ps=l%P、=0.82%Aa=53()9min2Pa=5.9?As=9()4min2Ps=]%P、?=l』先Aa=5309mm2Pa=5.9%As=9O4mm2Ps=l%Pv=O.82%HSRCZ-1~HSRCZ-4口號配筋HSRCZ"HSRCZ-4H(a：ft^U圖2.1試件設(shè)計圖23材料性能2.3.1混凝土由于本次試驗有兩批不同強(qiáng)度的混凝土，故分兩批分別預(yù)制了6塊混凝土立方體試塊，并保證試塊和試件在同條件下養(yǎng)護(hù)。試驗開始前（養(yǎng)護(hù)28天時間己到），采用壓力試驗機(jī)測試混凝土立方體抗壓強(qiáng)度。每一組試件中強(qiáng)度的最大值和最小值與中間值之差均未超過中間值的15%,取三個試件強(qiáng)度的算術(shù)平均值作為每組試件的強(qiáng)度代表值fcilo試件在蘇江蘇省結(jié)構(gòu)工程重點實驗室（蘇州科技學(xué)院）澆筑，6個試件當(dāng)中，其中HSRCZ-1-HSRCZ-3采用的是同一批商品混凝土，其混凝土強(qiáng)度等級為C35：HSRCZ-4?HSRCZ-6采用的是同一批商品混凝土，混凝土強(qiáng)度等級為C45。C35混凝土澆筑過程中制作6個150mmxl50mmxl50mm的立方體試塊,同批C45混凝土同樣也制作6個150mmxl50mmxl50mm的立方體試塊，并與試驗試件放在同條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，用以進(jìn)行混凝土材料抗壓強(qiáng)度試驗。立方體試塊的取樣、制作、養(yǎng)護(hù)、試驗都按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)3執(zhí)行,立方體的抗壓強(qiáng)度的計算與軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度和彈性模量的推算都是按照《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB50152-2012)【⑹執(zhí)行的。依照《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB50152)?⑹中給出的推算方法：在這里混凝土是用來制作成試驗試件的，所以不用把結(jié)構(gòu)中混凝土的強(qiáng)度和試件的混凝土的強(qiáng)度之間的差別考慮進(jìn)去，也就是說不用乘以試件的混凝土強(qiáng)度的修正系數(shù)0.88。依照混凝土強(qiáng)度等級，下面這個算式里面0.76為棱柱體和立方體抗壓強(qiáng)度之比，所以最后混凝土軸心抗壓強(qiáng)度的試驗值應(yīng)該是：>0.76/cu混凝土的軸心抗拉強(qiáng)度:六。395Kss混凝土彈性模量:/cu將混凝土的主要性能指標(biāo)列入表2.2o表2.2混凝土材料性能指標(biāo)試件編號papay；/MpaEJNIpaHSRCZ-ld47.1135.803.2934053.3HSRCZ-2d47.1135.803.2934053.3HSRCZ-3d47.1135.803.2934053.3HSRCZ-4d60.4045.903.7736042.5HSRCZ-5d60.4045.903.7736042.5HSRCZ-6d60.4045.903.7736042.523.2型鋼試件中型鋼采用的是H150X150X7X10,在工廠中加工,加工完成以后運輸?shù)浇K省結(jié)構(gòu)工程重點實驗室(蘇州科技學(xué)院)，其實測力學(xué)性能如表2?3。同批中每一種規(guī)格的型鋼的腹板和翼緣及鋼板各留3個材性試樣。用以測定型鋼材性試樣的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、均勻伸長率以及型鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線等。材性試樣的取樣方法主要是按照《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗取樣位苴及試樣制備》(GB/T2975-1988)U”執(zhí)行的，試驗方法是按照《金屬材料室溫拉伸試驗方法》(GB/T228-2OO2)1⑶實施的。表2.3型鋼材料性能指標(biāo)鋼材類型取樣位置./處1pa)Ju(Mpa)￡s(Mpa)腰板2S7.35451.01Q235B翼緣296.44465.992.1X1052.3.3鋼筋在試驗試件的同批鋼筋中抽取材性試樣，每種鋼筋從三根鋼筋中取3個材性試樣。測定鋼筋材性試樣的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、均勻伸長率、以及鋼筋的應(yīng)力一應(yīng)變曲線：材性試樣長度及其試驗方法按《金屬材料室溫拉伸試驗方法》(GB"228-2002)?⑻執(zhí)行。鋼筋的材性實測值應(yīng)取2個鋼筋材性試樣測試結(jié)果的平均值，其主要實測結(jié)果如表2.4所示。表2.4鋼筋材料性能指標(biāo)鋼材類型屈服強(qiáng)度fy(N/mm2)極限強(qiáng)度兒(N/mmj彈性模量E.(N/mm2)X105^85426572?25407572量測的內(nèi)容與測點的布置測試的主要內(nèi)容試驗測試的內(nèi)容主要是根據(jù)試驗?zāi)康念A(yù)先確定的，主要包括以下內(nèi)容：試件加載點處的各級荷載值：極限破壞時的荷載值：混凝土、型鋼、縱向鋼筋以及箍筋的應(yīng)變:裂縫寬度和開展情況的記錄與描述：荷載作用下構(gòu)件的變形情況，試驗過程中試件各段不同的水平位移△%和試件頂部的轉(zhuǎn)角曲.荷載測量：試驗在江蘇省結(jié)構(gòu)工程重點實驗室(蘇州科技學(xué)院)進(jìn)行，對于荷載的控制主要是通過位移控制的方法。應(yīng)變測試：根據(jù)應(yīng)變的測試內(nèi)容，試驗分別在鋼筋、型鋼翼緣、型鋼腹板等測點的相應(yīng)位苴貼應(yīng)變片，試驗前根據(jù)編號分別接線對應(yīng)到采集系統(tǒng)箱，安排好順序。裂縫開展情況的記錄與描繪：在加載過程中認(rèn)真查看并找出試驗柱表面出現(xiàn)的第一條（批）裂縫，然后在構(gòu)件上描出裂縫的具體位置，并寫上和它相對應(yīng)的荷載等級,裂縫寬度通過專門測量裂縫寬度的儀器進(jìn)行測量并做好記錄。每一級荷載在持續(xù)的時間結(jié)束以后，應(yīng)選出最大的裂縫進(jìn)行觀察并測量。有關(guān)最大荷載和開裂荷載：首條裂縫出現(xiàn)時所對應(yīng)的荷載稱之為開裂荷載，它主要是通過肉眼仔細(xì)觀察的辦法來確定：最大荷載是指試件發(fā)生破壞時所能夠承受的最大荷載值。如果是在相應(yīng)的荷載持續(xù)時間之后出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，那么就應(yīng)當(dāng)用這時候的荷載值作為試驗結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的最大荷載的試驗值：如果是在加載的過程當(dāng)中出現(xiàn)的破壞現(xiàn)在，那么就應(yīng)當(dāng)取這一級荷載的前一級荷載當(dāng)作是結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的最大荷載的試驗值：如果是在規(guī)定的荷載持續(xù)的時間里面出現(xiàn)破壞現(xiàn)象的話，那么應(yīng)該把本級荷載和前一級荷載值相加，取它們的平均值作為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的最大荷載的實測值。測點的布置測點的布置主要是根據(jù)測試的內(nèi)容確定的，布理的應(yīng)變片、應(yīng)變花和位移傳感器不但要滿足精度的要求，而且要保證有足夠的量程，以便確保并滿足構(gòu)件進(jìn)入非線性段量測時出現(xiàn)大變形的要求。為了描述型鋼混凝土柱在單調(diào)扭矩下的抗震性能，在鋼筋、型鋼和混凝土表面分別布理應(yīng)變片和應(yīng)變花。其中鋼筋和型鋼表面采用電阻應(yīng)變片，由浙江黃巖測試儀器廠制造，鋼材應(yīng)變片的型號為BX-120-3AA,靈敏系數(shù)為2.02±0.28%,電阻值為120.2±0.1%,敏感柵尺寸為3mmX2mm?；炷帘砻娌捎没炷岭娮钁?yīng)變計型號為S212O-8OAA,靈敏系數(shù)為2.03±0.26%,電阻值為118.5+0.2%,柵長X柵寬為5X80。本次試驗應(yīng)變的測試內(nèi)容如下：1、鋼筋應(yīng)變測試每根縱筋均布理兩個應(yīng)變片，縱筋應(yīng)變片的位理分別是布理在距離基礎(chǔ)頂面100mm和300mm處，共16片，編號為Z1~Z16：箍筋應(yīng)變片布置,在距離基礎(chǔ)頂面最近的四道箍筋上，箍筋的四個面都各布置一個，編號為G1~G16,用以測得加載過程中鋼筋的應(yīng)變，其測點的具體布置如圖2.2所示。2、型鋼應(yīng)變測試型鋼的電阻應(yīng)變片分別在距離基礎(chǔ)頂面100mm和300mm的型鋼翼緣及腹板處,每層腹板分別布置3個應(yīng)變花，分別為Fl、F2和F3：每層翼緣布置4個應(yīng)變片，分別為Yl、Y2、Y3和Y4,用以測得型鋼的應(yīng)力、應(yīng)變的分布規(guī)律，其具體測點布苴如圖2.2o?戶（后）應(yīng)變片布置圖型鋼應(yīng)變片（花）布置圖3.圖2.2?戶（后）應(yīng)變片布置圖型鋼應(yīng)變片（花）布置圖3.圖2.2在柱身四周分別布置應(yīng)變花。具體測在柱身四周分別布置應(yīng)變花。具體測3、混凝土應(yīng)變的測試混凝土應(yīng)花主要布置在距離基礎(chǔ)50mm處,點位置布置如圖2.3?；炷罙面； KC1B面， 八2C面.D面.；混凝土表面應(yīng)變片布置圖，M圖2.3混凝土表面應(yīng)變花布置圖

4、試件變形測量由于加載端長度為160mm,以加載段中部至基礎(chǔ)上表面為測試段，將測試短分為四段，位移計1、2分別布置加載短梁中間位置，兩位移計間L12=400mm,位移計3、4分別布置在距基礎(chǔ)上表面615mm位置處，兩位移計間L34=200mm,位移計5、6分別布置在距基礎(chǔ)上表面205mm位置處，兩位移計間L56=200mm,位移計7、8分別布苴在距基礎(chǔ)兩側(cè)同一高度，主要用于檢測基礎(chǔ)在加載過程中是否出現(xiàn)轉(zhuǎn)動:試件在壓彎剪扭作用下，柱身的變形可以分解為彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形的登加即：a,.其中2代表試件的總變形量，用代表由于偏心扭轉(zhuǎn)對試件產(chǎn)生的彎曲變形，6,代表扭矩作用下試件產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形：如圖2.4所示。供.=arctan(- )Lab5+比 (P5c=」 4-150tan°tan-其中：6,、4分別為A、B處位移計的測值：L為A、B兩測點間的距離:處為柱身整體轉(zhuǎn)角：。為柱身形心平動位移CC圖2.4位移變形示意圖試件的變形主要是采用分別布苴在試件及基礎(chǔ)上面的8個位移傳感器來測量的,每層構(gòu)件的表面分別布置兩個位移計，具體測點位置如圖2.5.試驗過程中，電子位移計、試件內(nèi)部的電阻應(yīng)變片、應(yīng)變花等與數(shù)據(jù)自動采集儀連接，根據(jù)加載制度和需要采集有用的數(shù)據(jù)。最后自己進(jìn)行整理、分析并面出相應(yīng)的曲線。

圖2.5位移計布置圖加載方案及加載程序加載方案本次試驗加載裝理由蘇州科技學(xué)院土木工程學(xué)院型鋼混凝±受扭科研小組與山東煙臺大學(xué)聯(lián)合設(shè)計研發(fā)而成。該試驗裝置加載系統(tǒng)由直線作動器、液壓油源、液壓伺服控制器、控制采集系統(tǒng)以及應(yīng)變、位移采集系統(tǒng)組成，直線作動器為加載設(shè)備，液壓伺服系統(tǒng)為核心控制元件，通過SC6000人機(jī)交互系統(tǒng)控制加載制度。該試驗加載系統(tǒng)可從受力角度分為豎向力加載系統(tǒng)、水平偏心扭距加載系統(tǒng)、柱頭側(cè)向約束導(dǎo)向系統(tǒng)、基礎(chǔ)邊界固定系統(tǒng)：豎向加載系統(tǒng)由龍門架、水平滑凱、液壓千斤頂、油缸轉(zhuǎn)接軸、推力調(diào)心輕子軸承、上承壓板以及橡膠墊組成。伺服液壓控制系統(tǒng)將油壓注入千斤頂，千斤頂將柱身軸壓反力作用于龍門架，形成穩(wěn)定豎向力加載系統(tǒng)。在偏心加載過程中柱頭勢必會產(chǎn)生彎I"變形，豎向千斤頂可以通過滑凱完成對柱身軸壓力的追蹤加載，由于水平滑軌采用標(biāo)準(zhǔn)試件，滑動過程中摩擦很小，對水平直線作動器產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差幾乎可以忽略：水平偏心扭矩加載系統(tǒng)由直線作動器、加載長梁、加載短梁、加載梁拉桿、推力調(diào)心粒子軸承及側(cè)向加載板組成。SC6000人機(jī)交互輸入系統(tǒng)可對直線作動器的汕樂進(jìn)行控制，對加載長梁產(chǎn)生水平推力或拉力，長梁受打產(chǎn)不位移迎過加載梁拉林與加載短梁共R二作對柱頭產(chǎn)生：卜向或反向的扣矩，同時由于本淡試驗只仃單側(cè)一個作動器，對柱身同時會產(chǎn)比彎矩前四力、由于豎向h斤頂?shù)妮S外勢必會對柱頭轉(zhuǎn)動產(chǎn)生約束.木裝置在油缸傳接軸與上承壓板之間安裝了推力調(diào)心粒子軸承，巧妙的將豎向產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)約束消去，長短梁的加載方案可以方使工人拆卸L柱頭側(cè)向的束導(dǎo)向系統(tǒng)主要由導(dǎo)向塊、45直線滑塊、耳滑軌、聯(lián)系梁組假.謖系統(tǒng)主要是約束柱頭發(fā)生，側(cè)向偏移.約束柱頭側(cè)向「|由度.基礎(chǔ)邊界固定系統(tǒng)主要由基礎(chǔ)固定箱型鋼梁、地槽、基礎(chǔ)「斤頂及基礎(chǔ)前后頂梁，談系統(tǒng)能夠充分保證基礎(chǔ)在豎向、前后、左右均保持固定口試驗在江蘇的結(jié)椀工程重點實驗室(蘇州科技學(xué)院，本次