（土木工程专业论文）梁端开圆孔钢筋混凝土梁的抗震性能研究.pdf

独创性声明 1 1 1 111 1i i ii iir 11 1 111 1 17 8 9 0 7 5 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 导师签名：弛日期： 摘要 摘要 高层建筑中，采用开孔梁可以有效降低建筑层高，节约建筑空间，特别是在 梁端开孔还可以避免管线拐弯等弊端。但梁端开孔区域的力学性能特别是抗震性 能受开孔影响有所降低，需考虑补强措施。本文根据孔高比不同和补强方式不同 分别将开孔梁试件定义为l a 、l b 两组。l a 组：孔高比分别为0 3 ( l a l ) 、0 4 ( l a 2 ) 的开孔梁；l b 组：孔高比为o 3 时分别采用小箍筋( l b 2 ) 、圆环焊接 斜筋( l b 3 ) 和斜筋( l b 4 ) 的三种补强方式试件及不加强试件( l b l ) 。通过对 两组、五根梁端开孔梁试件( l a l 、l b l 为同一根梁) 进行低周反复荷载试验， 对比了孔高比的变化对其受力及抗震性能的影响，分析了孔洞处不同补强配筋方 式梁的抗震性能优劣。主要成果和结论如下： 1 裂缝及破坏形式的变化。l a 组：孔高比为o 4 试件的孔洞侧切线处斜裂 缝发展为临界裂缝而孔高比为0 3 的试件没有。l b 组：小箍筋补强试件和斜筋 补强试件均较晚出现斜裂缝。其中小箍筋形式试件出现正裂缝较其他同组试件少 且宽度较窄且破坏突然，伴有清脆响声。斜筋补强试件从屈服到破坏阶段明显延 长。圆环焊接斜筋补强形式对试件破坏形式无明显影响。 2 各试件承载力变化。l a 组试件：孔高比0 4 试件的开裂荷载比孔高比0 3 的试件有所降低，孔高比由o 3 增大到0 4 时，试件极限承载力降低约3 3 。l b 组：与开孔未补强试件相比，斜筋补强试件屈服荷载值约提高1 1 ，小箍筋补强 试件提高约6 ，而圆环焊接斜筋试件无明显提高。且斜筋补强试件的极限承载 力较未补强试件约提高2 2 。 3 试件的抗震性能研究。孔高比0 4 试件的滞回曲线的形状较孔高比o 3 试 件的扁些；前者的刚度退化快于后者；孔高比从o - 3 增加到0 4 时，位移延性系 数均值降低了1 9 。抗震性能随孔高比增大而减弱。l b 组试件：。斜筋试件和小 箍筋试件的滞回环面积较未补强试件和圆环焊接斜筋试件的更加饱满，其中尤以 斜筋形式效果最为明显。试件的刚度大小依次是：斜筋试件 小箍筋试件 未补强 试件；而圆环焊接斜筋试件在屈服后的刚度退化最快。斜筋试件的抗震性能最优， 小箍筋试件有效提高了试件前期刚度，圆环焊接斜筋试件抗震性能提高不明显。 4 研究了各试件在不同受力阶段梁端孔洞处变形的组成成分。剪切变形在 总变形中所占比重随孔洞尺寸变大而增大。小箍筋形式试件的剪切变形比重高于 其他试件。圆环焊接斜筋试件的各变形比例与未补强试件差异不大。斜筋形式有 效减小了剪切变形，塑性变形明显增大，增加了试件延性。另外，文章结合试验 结果，探讨了已有孔洞斜截面计算公式优劣。 关键词：钢筋混凝土开孔梁；低周反复荷载；抗震性能；破坏特征；变形组成 北京工业大学工学硕十学位论文 a b s t r a c t i nm o d e mh i g h - r i s eb u i l d i n g s o p e n i n gb e a m sa r eu s e di ns a v i n gi t s s p a c e i tc a n a l s oa v o i dp i p e l i n e s t u r n i n gw i t ho p e n i n gi nt h ee n d h o w e v e r , t h em e c h a n i s ma n d s e i s m i cp e r f o r m a n c ea r ew e a k e n e db yt h eo p e n i n g ，a n dr e i n f o r e e dm e a s u r e ss h o u l db e t a k e n t w og r o u p so fb e a m sw i t hc i r c u l a ro p e n i n gi nt h ee n da r ed e f i n e di nt h i sp a p e r l ag r o u p ：t w os p e c i m e n st h a td i a m e t e rh e i g h tr a t i o sa r e0 3 ( l a l ) a n d0 4 ( l a 2 ) ，l b ： f o u rs p e c i m e n sw i t ht h es a m ed i a m e t e rh e i g h tr a t i o 0 3 t h r e eo ft h e ma r ed i f f e r e n t r e i n f o r c e m e n tf o r m si no p e n i n ga r e a ( l b 2 ：s m a l ls t i r r u pi nc h o r d s 、l b 3 ：c i r c l e w e l d i n gi n c l i n e dr e i n f o r c e m e n t 、l b 4 ：o b l i q u er e i n f o r c e m e n t ) a n do n ei sn o tr e i n f o r c e d ( l b1 ) t h e r ei sc a r r i e do u tt h ee x p e r i m e n to nt h et w og r o u p so fs p e c i m e n s ( l a1 a n dl bli st h es a m eb e a mb u tt w od i f f e r e n tn a m e s ) b ya p p l y i n gr e v e r s e de y e l i e l o a d i n g t h em e c h a n i c a lb e h a v i o ra n ds e i s m i cp e r f o r m a n c e so fs p e c i m e n sa r es t u d i e d i nc o n s i d e r a t i o no fd i 虢r e n ts i z e so fo p e n i n ga n dd i f f e r e n tr e i n f o r c e m e n tf o r m s m a i na c h i e v e m e n t sa n dc o n c l u s i o n sc a nb es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 c h a n g e si nc r a c k sa n df a i l u r em o d e l ag r o u p ：i nl e f ts i d eo fo p e n i n g l a 2 s ( d h = 0 4 1d i a g o n a lc r a c kb e c a m et h ec r i t i c a lc r a c k sb u tn o tl a l s ( d h = 0 3 ) l b g r o u p ：s h e a rc r a c k so fl b 2 ( s m a l ls t i r r u pi nc h o r d s ) a n dl b 4 ( o b l i q u er e i n f o r c e m e n t ) a p p e a r e dl a t e rt h a no t h e r s c o m p a r e dw i t ho t h e rs p e c i m e n s f l e x u r a lc r a c k si nl b 2 w e r es m a l la n dn a r r o w l b 2y i e l d e ds u d d e n l yw i t hc r i s ps o u n d l b 4 ss t a g ef r o m y i e l d i n gt of a i l u r ew a sp r o l o n g e ds i g n i f i c a n t l y t h ef o r mo fl b 3h a dn oe f f e c to ni t s f a i l u r e 2 d i f f e r e n c ei ns p e c i m e n s c a p a c i t y l ag r o u p ：c o m p a r e dw i t hl a l s ( d h = 0 3 ) ， l a 2 s ( d h = 0 4 、c r a c k i n gl o a dw a sd e c r e a s e d w i t hd i a m e t e rh e i g h tr a t i oi n c r e a s i n g f r o m0 3t o0 4 u l t i m a t eb e a r i n gc a p a c i t yw a sr e d u c e da p p r o x i m a t e l y3 3 l bg r o u p ： c o m p a r e dw i t hl b1 ( n o tr e i n f o r c e d ) t h ey i e l dl o a d v a l u eo fl b 4 ( o b l i q u e r e i n f o r c e m e n t ) w a si n c r e a s e da b o u t1 1 a n dt h ev a l u eo fl b 2 ( s m a l ls t i r r u pi n c h o r d s ) w a si n c r e a s e da b o u t6 h o w e v e r , t h ev a l u eo fl b 3 ( c i r c l ew e l d i n gi n c l i n e d r e i n f o r c e m e n t ) w a sn os i g n i f i c a n ti m p r o v e m e n t u l t i m a t eb e a r i n gc a p a c i t yo fl b 4 w a si m p r o v e db y2 2 3 t h es e i s m i cp e r f o r m a n c eo fs p e c i m e n s t h es h a p eo fh y s t e r e t i cc u r v eo fl a 2 ( d h = 0 4 1w a sf l a t t e rt h a nl a1 ( d m = o 3 ) ：t h es t i f f n e s so fl a 2d e g r a d e df a s t e rt h a n l a1 ：、析t hd i a m e t e rh e i g h tr a t i of r o m0 3t o0 4 ，t h em e a nd i s p l a c e m e n td u c t i l i t y f a c t o ro fl a 2w a sd e c r e a s e d19 c o m p a r e d 埘t hl a1 s e i s m i cp e r f o r m a n c eo fl a 2 w a sw e a k e rt h a nl a1 l bg r o u p ：l b 4 ( o b l i q u er e i n f o r c e m e n t ) a n dl b 2 ( s m a l ls t i r r u p i nc h o r d s ) w e r ep l u m p e rt h a nl b1 ( n o tr e i n f o r e e d ) a n d l b 3 ( c i r c l ew e l d i n gi n c l i n e d r e i n f o r c e m e n t ) i nt h eh y s t e r e t i cl o o p e s p e c i a l l yl b 4 t h eo r d e ri nt h es t i f f n e s so fl b g r o u pi s ：l b 4 l b 2 l b l ：l b 3d e g r a d e df a s t e s ti ns t i f f n e s sa f t e ry i e l d i n g s e i s m i c p e r f o r m a n c eo fl b 4i s t h eb e s t l b 2i n c r e a s e di t ss t i f f n e s se f f e c t i v e l yi ne a r l y p a i r e d l b 3h a v en oe f f e c ti ns e i s m i cp e r f o r m a n c e 4 i d e n t i f i e dt h ed e f o r m a t i o nc o m p o n e n to fs p e c i m e n sa td i f f e r e n ts t a g eo fs t r e s s t h ep r o p o r t i o no fs h e a rd e f o r m a t i o ni si n c r e a s e dw i t ht h eo p e n i n gs i z ee x p e n d i n g l b 2 s ( s m a l ls t i r r u pi nc h o r d s ) s h e a rd e f o r m a t i o np r o p o r t i o ni sm o r et h a no t h e r s d e f o r m a t i o np r o p o r t i o no fl b 3 ( c i r c l ew e l d i n gi n c l i n e dr e i n f o r c e m e n t ) i ss i m i l a rw i t l l l b1 ( n o tr e i n f o r c e d ) o b l i q u er e i n f o r c e m e n to fl b 4r e d u c e dt h es h e a rd e f o r m a t i o n e f f e c t i v e l y i ta l s oi n c r e a s e d p l a s t i c d e f o r m a t i o na n d d i s p l a c e m e n td u c t i l i t y s i g n i f i c a n t l y b e s i d e s ，t h r e eo fe x i s t e dc a l c u l a t i o nf o r m u l a sf o rs h e e ri no p e n i n ga r e c o m p a r a t i v es t u d i e di nt h eb a s eo fe x p e r i m e n t a lr e s u l t s k e y w o r d s ：b e a mo fr c f r a m ew i t hc i r c u l a ro p e n i n gi nt h ee n d ；r e v e r s e dc y c l i c l o a d i n g ；s e i s m i cp e r f o r m a n c e ；f a i l u r ep r o p e r t y ；t h ec o m p o n e n t o f d e f o r m a t i o n 1 。1 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i i i 第1 章绪论1 1 1 引言1 1 2 国内外研究现状2 1 3 目前存在的主要问题3 1 4 本文研究内容3 第2 章开圆孔梁的试验方案5 2 1 试验设计。5 2 1 1 试验设计概要5 2 1 2 试件加工制作7 2 2 材料力学性能8 2 2 1 混凝土力学性能8 2 2 2 钢筋力学性能9 2 3 试验方案1 0 2 3 1 试验加载方法及装置1 0 2 3 2 试验测试方法与内容1 l 2 4 本章小结1 2 第3 章开圆孑l 梁的试验结果分析1 5 3 1 引言1 5 3 2 不同开孔尺寸梁试件( l a 组试件) 的试验结果与分析1 5 3 2 1l a 组试件裂缝开展及破坏发展过程一1 5 3 2 2l a 组试件承载力实测值17 3 2 3l a 组试件的滞回特性分析1 8 3 2 4l a 组试件的骨架曲线1 9 3 2 5l a 组试件的刚度退化一2 0 3 2 6l a 组试件的位移延性2 1 3 2 7l a 组试件的耗能能力2 2 3 3 不同钢筋补强方式梁试件( l b 组试件) 的试验结果与分析2 4 3 3 1l b 组试件裂缝开展及破坏发展过程一2 4 3 3 2l b 组试件承载力实测值一2 7 3 3 3l b 组试件滞回特性分析2 9 3 3 4l b 组试件骨架曲线3 0 3 3 5l b 组试件刚度退化3 2 3 3 6l b 组试件位移延性3 3 3 3 7l b 试件耗能能力3 3 3 4 本章小结3 4 第4 章开圆孑l 梁的受力和变形分析3 7 4 1 引言3 7 4 2 试件钢筋应变3 7 4 2 1 梁端纵筋应变3 7 4 2 2 孔洞处箍筋及补强筋应变3 9 4 3 孔洞处变形分析4 3 4 3 1 梁端孔洞处剪切变形4 3 4 3 2 梁端孔洞塑性变形4 6 4 3 3 梁端弹性变形4 8 4 3 4 梁端孔洞处变形组成4 9 4 4 斜截面受剪计算公式比较探讨5 0 4 5 本章小结5 3 结论与展望5 5 结论5 5 展望。5 7 参考文献5 9 攻读硕士学位期间所发表的学术论文。6 3 致谢6 5 i v 第l 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 随着人类文明的不断进步和社会发展，人们对住房、办公楼、公共建筑、交 通等的建筑结构功能提出了越来越高的要求。智能建筑的出现就反映了这种需求， 发展下去会使建筑结构尤其是高层建筑中的辅助设施( 如供气、水、热管道，空调 系统，办公自动化系统和智能识别系统等) 变得越来越庞大而复杂。目前它们大都 是从建筑结构的梁下穿过，挤占的建筑空间相当可观。有调查表明：各种管线在 梁下占据的高度一般约占层高的1 1 1 6 。这使结构使用功能满足与工程造价 提高的矛盾越来越突出。解决这一矛盾的有效办法之一是在梁中开孔，让辅助设 施的管线从孔洞中穿过，从而使结构高度降低，使用空间相对增大，自重减轻， 材料用量减少，工程造价降低，获得较显著的经济与社会效益。因此，这种结构 形式在工程实际中有着广阔的应用前景。然而，梁腹部开孔后也将带来一系列的 问题，梁截面的整体性、连续性由此遭到破坏，开孔区成为梁构件的薄弱部位， 可能比非开孔区更早地发生斜截面或正截面等形式的破坏。梁开孔后，抗震能力 得不到保证，有效截面的减少，使梁的刚度、强度降低，挠度增加，开孔部位所 产生的应力集中又对构件的抗裂度提出了更高的要求，从而影响到梁构件的正常 使用。因此，对于开孔梁的抗震性能的研究以及如何改善开孔梁的受力性能，成 为一项重要的研究课题。 国外对于开孔梁的研究较早，多是开矩形孔。从文献综述来看，对矩形孔， 众多学者认同用平行弦空腹桁架模式，孔洞上肢杆为偏压杆，孔洞下肢杆为偏拉 杆，截面剪力由上、下肢杆承担。l o r e n s t r e n 1 】对四根开有矩形孔的叮”形梁进行 试验，虽然试验结果表明拉杆( 下肢杆) 确实承担部分剪力，但为了简化分析，认 为拉杆由于弯曲裂缝的产生而不承担剪力，同时认为孔侧附加箍筋应尽量靠近孔 洞。此后，加拿大的n a s s e rk a r i mw 【2 】等人对开有大孔的钢筋混凝土简支梁在集 中荷载作用下的试验进行观察和分析，由于受当时总体试验条件、理论研究的限 制，作者根据其实验的九根开矩形孔梁与一根实腹梁进行对比，提出假设，认为 上下肢杆在杆中点存在反弯点，上下肢杆承担的剪力与其截面面积成正比。另外， b a r n e yg e o r g eb 【3 j 等人对1 8 根大尺寸的预应力钢筋混凝土t 形梁进行试验， 试件的变化参数有：孔洞的尺寸、孔洞沿梁跨方向的位置、抗剪腹筋的类型。试 验结果表明，高剪力区压杆( 下肢杆) 的反弯点位置在杆中附近，上肢杆与下肢 杆承担的剪力与其抗弯刚度成正比。试验还发现，裂缝对肢杆剪力的分配有显著 的影响，而对轴力的影响不明显，孔侧必须配置足够的抗剪腹筋。该作者根据试 北京t 业大学f t 学硕士学位论文 验结果，提出了确定内力的方法，通过合理的设计，可以在梁腹设置孔洞而不会 削弱梁的强度，降低适用性的要求。八十年代，m a n s u l l 4 - 6 1 等人做了十四根开孔 梁的试验，试验主要变化参数为：孔洞的宽度、孔洞的高度、孔洞中心与截面中 心偏心距离、孔洞中心与支座距离。肢杆纵筋的配置基本不变，孔角抗剪钢筋采 用箍筋和斜筋两种。通过试验结果，得到开孔梁的极限承载力主要影响参数为孔 洞的长度和高度，随向下偏心距增大而略有增大，随孔洞中心与支座距离增大 而略有降低。试验还表明配有斜筋的试件孔角裂缝宽度和试件的挠度比无斜筋的 试件要小。作者认为：肢杆中反弯点的位置与纵筋的配置有关，对于对称配筋的 肢杆，其反弯点近似在杆中点。上下肢杆的剪力分配不仅与截面几何特征有关， 而且与孔洞大小及位置有关。在此基础上，作者提出了一种计算极限承载力的极 限分析方法，假定上下肢杆和孔角有足够的抗剪能力，即不发生先期破坏，则开 孔梁的破坏模式为在杆端各产生一个塑性铰共四个塑性铰形成机构而破坏。通过 引入屈服条件( 上下肢杆的m - n 曲线) 、破坏模式，代入虚功方程得到上限解， 即破坏荷载不超过极限分析方法得到的极限荷载。d o u g l a s 7 1 等人通过9 根开矩形 孔无筋梁的光弹性实验研究，认为平行弦空腹桁架分析方法可适用于在非应力集 中区开孔梁部分，通过v o nm i s e s 屈服理论建立。仃一f 关系曲线，对开孔梁的设 计进行校核。p o o l 8 】等人也对开有不同孔洞形状的开孔梁进行光弹性实验研究， 得到开有不同形状孔洞的梁周边最大主拉应力随孔洞位置变化的曲线图，认为开 有矩形孔洞的梁孔洞与支座距离的变化对主拉应力影响不大。k e n n e d y 9 】等人对 4 根矩形截面预应力开孔梁进行研究，认为上下肢杆承担的剪力按其截面面积与 截面惯性矩乘积的平方根进行分配，当肢杆开裂后，剪力由上肢杆承担，杆长的 变化对剪力的分布没有明显的影响。 1 2 国内外研究现状 从国外规范来看，对开孔梁的规定：日本规范【l 川：孔洞高度不大于h 3 ，孔洞 中心之间的距离不小于3 倍孔径。承受弯矩部分孔洞周围的应力集中不大，几乎 不需要补强，但是由于截面减弱，必须校核主筋强度。承受剪力部分，孔洞周围 的应力集中大，抗剪强度降低，由孔洞两个角部承受斜拉力进行补强。新西兰规 范【1 1 1 ：孔洞的高度不大于0 4 h 。，孔洞边到梁的受压边的距离不小于0 3 3 h 。，孔洞 不应位于可能影响梁的抗弯和抗剪能力的腹部。也不应位于v 0 4 f 处或潜在 的塑性铰区域，f 为混凝土的圆柱体抗压强度。a s c e - - a c l 4 2 6 1 2 1 ：孔洞应离反 弯点远一些，在孔洞边上应设置附加钢筋。 我国学者则在8 0 年代中期开始了开孔梁的研究。机械工业部设计研究院殷 芝霖等人【1 3 】【1 4 】在总结国外学者的理论及试验、对比国外相关规范的基础上，结 第1 苹绪论 合国内设计规范提出了腹部开矩形孔梁的设计建议和构造措施，后又在一批试件 的试验基础上提出梁腹开圆孔梁的设计方法。 从1 9 8 6 年起郑州工学院等单位对开洞深梁进行了较系统的试验研究，对开 洞深梁的受力性能破坏形态、受弯和受剪承载力以及主要影响因素进行较深入的 分析，并提出了开洞深梁受弯、受剪承载力计算和正截面、斜截面抗裂验算的公 式以及相应的构造措施。此外，同济大学也对开洞深梁做过一些研究【l5 1 。 9 0 年代以来，华南理工大学蔡健等人则对腹部开圆孔和方形孔的开孔梁进 行了一系列系统的试验研究，通过对大量试验现象和数据的科学分析，归纳了开 孔梁的力学规律，提出了和国家现有规范相衔接的方便实用的设计方法，得出了 一系列阶段性的成果【l 睨1 1 。接着纵多学者纷纷对开孔梁力学性能展开了一系列研 2 酬2 2 - 3 5 】 uo 另外，合肥工业大学对钢筋混凝土t 形圆孔梁进行了试验研究【3 6 3 7 1 ，根据 实验结果，分析讨论了孔洞对梁斜裂缝形成和发展的影响以及对承载力的影响。 通过对试验数据的分析，把钢筋混凝土实腹梁的强度计算公式予以修正，使之适 用于t 形开圆孔梁的计算。 1 3 目前存在的主要问题 根据国内外已作试验及分析和已取得的研究成果，对混凝土开孔梁的受力性 能研究及设计公式已有初步结论【2 3 。3 0 】。但要进一步明确其受力抗震等性能还需解 决以下问题： 1 目前，对在梁端开圆孔梁的试验研究较少。对在梁固定端即受剪力、弯矩 最大处开设圆孔的力学性能、削弱程度和补强方式的优化选择深入研究不够。 2 开孔尺寸对梁的抗震性能的影响关系这一难点还需进一步研究并使之明 确，对设计公式的假定及修正的精确化还需加强。 3 把握补强加固方式对开孔梁的延性、耗能能力等抗震性能的影响亟待解 决。对补强方式的选用及方式的创新需更加深入的研究。 1 4 本文研究内容 基于以上提到的存在问题，本文通过对5 根梁端开圆孔的框架梁在低周反复 荷载下的试验，主要针对梁端开孔尺寸不同、孔口补强方式不同因素下开孔处的 受力性能及抗震性能优劣进行了试验和理论分析，并与规范中的相关规定进行了 比较。为钢筋混凝土开孔梁力学模型和设计方法的建立提供了试验依据。 本文对试验构件的研究内容包括： 1 以试验数据为基础，分析比较研究梁端开圆孔梁的承载力、应力应变、 北京丁业大学t 学硕f j 学位论文 裂缝、变形以及刚度方面的变化规律及特性； 2 在试验实测数据分析的基础上对梁端开圆孔梁进行分析，研究不同参数 ( 开孔尺寸、补强方式) 变化时对开孔梁受力特征、破坏形态、受剪承载力、滞 回曲线、延性、耗能能力的影响。 3 在对其抗震性能进行了初步研究的基础上，提出框架梁端开孔r c 梁的设 计建议和补强加固方法，即讨论在框架梁端开不同尺寸圆孔及相关补强方式的钢 筋混凝土框架梁在集中荷载作用下的受力特征和抗震性能优劣。 第2 章开圆孑l 梁的试验方案 2 1 试验设计 第2 章开圆孑l 梁的试验方案 2 1 1 试验设计概要 试验选用平面框架边节点区段部位缩尺模型试件，试件缩尺比例为1 ：3 ，模 拟框架梁从反弯点至柱边的梁端构造和受力情况，试验加载方面采取低周往复加 载形式。 试件设计时应尽量使柱长变短，但主要取决于实际试验场地及边界条件。结 合做试验时可以实现的柱端的固定约束情况，可以认定试件的柱的位移、变形不 予考虑。 本试验共选做五根试件，设计试件梁体总长为1 1 m ，计算长度为l m ，柱高 1 8 m 。柱截面尺寸为3 0 0 m m x 3 0 0 r a m ，纵向受拉钢筋采用8 根尘1 4 筋，箍筋设 置为8 1 0 0 ；梁截面尺寸为4 0 0 m m x2 0 0 m m ，为保证使梁受剪破坏，梁体主筋 采用上下各4 根盟2 钢筋，配置的箍筋形式为0 6 1 0 0 。同时为保证梁柱核心 区不被破坏，在核心区加设了3 5 m m 厚钢板。 试验采取商品混凝土，其强度等级为c 3 0 ，保护层厚度2 5 m m 。因其变化参 数：开圆孔的尺寸、孔洞处加强钢筋的形式不同而分做l a 、l b 两组试件对比。 l a 组构件包括：l a l 、l a 2 ： l a l ( l b l ) 试件：开圆孔d 1 2 0 m m 的混凝土梁，孔洞处无箍筋加强，作为 l a 组( 开不同尺寸梁构件) 的对比梁和b 组( 不同补强方式构件梁) 的对比试 件使用； l a 2 试件：开圆孔d 1 6 0 m m 梁构件； l b 组构件：l b l 、l b 2 、l b 3 、l b 4 ： l b 2 试件：开孔d 1 2 0 m m 、孔处上下弦加设0 6 小箍筋构件； l b 3 试件：开孔d 1 2 0 m m 、孔处加设焊接尘1 2 环筋，并于圆环上、下与水 平成4 5 0 处支焊斜筋； l b 4 试件：开孔d 1 2 0 m m 、孔处加设尘1 2 斜筋。 其尺寸构造图及说明见图2 1 、表2 1 ： 北京t 业大学t 学硕：l 学位论文 坨0 工 700 20 一l 广 20 一l 70 0 个2 1 3 j 1 彤 一 隳 钢板 0 1800 2 l 3 l f 7 5 100 里至量二型 i 型ji 星旦qi 卜叫 1 1 f厂、 、一 n 吃 - 6 工 a ) 试件尺寸图 吲 上 o 毗 2 2 小 b ) 试件截面尺寸图 - i - 300 l 上 c ) 截面配筋图 图2 1 试件尺寸及构造 f i g 2 - 1d e t a i l so fs p e c i m e n - 6 3 3 ( l b 2 ) 2 2 w l - 坐 一 委 名 、一 广 厂_ l 商1 2 9 a4 0 2 2 第2 章开网孔粱的试验方案 表2 - 1 试件构造及加载方式 t a b 1 0 a d i n gm e t h o da n dd e t a i l so fs p e c i m e n 梁、柱混凝土 孔直径 加载保护 立方体 孔洞直孔洞 孔洞周边加强筋试件编号占梁高 位置方式层厚 强度 径d m m 比例 度r a m m p a l a l ( l b l ) 2 53 8 7 6 1 2 0 0 3 h 梁中反复 l a 22 53 8 7 61 6 00 4 h 梁中反复 孔侧2 9 6 ，孔上、 l b 2 2 53 8 7 6 1 2 00 3 h 梁中 下箍筋加密 反复 q 6 5 0 孔周边2 q 1 2 焊接 l b 32 53 8 7 61 2 0o 3 h 梁中反复 环筋 l b 42 53 8 7 61 2 0o 3 h 梁中 孔周边4 t p l 2 斜筋 反复 2 1 2 试件加工制作 a ) 试件浇筑 b ) 试件加上养护 图2 - 2 试件加工图 f i g 2 - 2c o n s t r u c t e dd e t a i l so fs p e c i m e n 试件浇筑采用商品混凝土，强度等级为c 3 0 ，孔洞处以相应孔径的p v c 管 7 北京丁业大学t 学硕l ：学位论文 替代支模。梁柱节点核心区处采用粘钢法粘贴钢板。制作情形如图2 2 所示。 2 2 材料力学性能 2 2 1 混凝土力学性能 本试验中混凝土强度为c 3 0 ，采用商品混凝土。通过材性试验共测得混凝土 立方体抗压强度、混凝土劈裂强度、混凝土轴心抗压强和弹性模量。混凝土的立 方体抗压强度试验采用标准立方体试块1 5 0 x 1 5 0 x 1 5 0 m m ，分三组六件测量，由 三组试块测得的实际混凝土立方体抗压强度平均值为厶= 3 8 7 5 m p a 。 根据混凝土结构设计规范 3 8 中的公式，由混凝土立方体抗压强度厶推 出混凝土轴心抗压强度厶为： 厶= l 哎2 厶= o 7 6 x l x 3 8 7 5 = 2 9 4 5 m p a ( 2 1 ) 根据过镇海编著的钢筋混凝土原理和分析 3 9 书中公式，由混凝土立方 体抗压强度厶推得轴心抗压强度厶为： 厶= o 8 4 厶女一1 6 2 = o 8 4 x 3 8 7 5 1 6 2 = 3 0 9 3 m p a( 2 2 ) = 0 8 厶= o 8 x 3 8 7 5 = 3 1 m p a 为增加构件承载力的可靠度，取以上数值的最小值为计算值： 厶= 2 9 4 5 m p a 。 由混凝土结构设计规范【3 8 】中的公式，根据混凝土立方体轴心抗压强度 厶可得混凝土的轴心抗拉强度厶： 厶= 0 3 9 5 f 竺5 2 = o 3 9 5x 3 8 7 5 0 5 5x l = 2 9 5 m p a ( 2 - 3 ) 根据过镇海等编著的钢筋混凝土原理和分析 3 9 ，可得混凝土的轴心抗 拉强度厶为： 厶= 0 2 6 辔= o 2 6 x3 8 7 5 2 门= 2 9 7 7 m p a ( 2 4 ) 根据叶列平编著的混凝土结构 4 0 得厶为： 厶= o 3 9 5 f 。鬟5 = 0 3 9 5 3 8 7 5 乱5 5 = 2 9 5 m p a ( 2 - 5 ) 分析时为增加构件的承载力可靠性，混凝土的轴心抗拉强度取最小值为： 厶= 2 9 5 m p a ( 2 - 6 ) 混凝土弹性模量的测量采用1 5 0 x1 5 0 x3 0 0 m m 棱柱体试块，在两相对侧面上 各粘贴一支5xlo o m m 混凝土应变片。根据普通混凝土力学性能试验方法标准 ( g b t 5 0 0 8 1 - - 2 0 0 2 ) 【4 1 】中，公式( 8 0 卜1 ) ： e ：! 笠三( 2 7 ) 第2 章开圆孔梁的试验方案 得到测量结果的平均值为e = 2 9 9 9 2 x 1 0 4 m p a 。以上材性试验均在万能压力机上 实现，见图2 3 。 图2 3 混凝土力学性能试验设备 f i g e q u i p m e n t so f c o n c r e t em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 2 2 2 钢筋力学性能 图2 4 钢筋力学性能试验设备 f i g e q u i p m e n t so f m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 表2 - 2 钢筋材料力学性能 t a b m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs t e e lb a r s 钢筋直径d m m钢筋等级 f y m p a以m p a 延伸率嗔 e s g p a 6i4 8 2 9 25 8 0 6 8 2 4 1 12 1 8 8i2 5 9 1 l3 8 3 7 02 1 7 l 1 8 l 1 2i i3 5 7 2 l 5 2 2 2 5 2 3 7 2 1 5 8 1 4i i3 3 4 6 35 1 6 5 72 3 5 7 1 5 3 2 2i i3 5 2 5 45 4 8 1 02 4 7 61 8 8 梁、柱中纵向受力钢筋采用h r b 3 3 5 级，箍筋采用h p b 2 3 5 级双支箍。钢筋 的力学性能试验遵照金属拉力试验法 4 2 ，钢筋的拉伸试验在万能试验机上 进行，见图2 4 。钢筋的力学性能见表2 2 。 北京t 业大学t 学硕+ 卜学位论文 2 3 试验方案 2 3 1 试验加载方法及装置 b ) 图2 5 试验加载装置及仪表布置图 f i g 2 - 5l o a da n dd i s t r i b u t i o nd e v i c eo f r e i n f o r c e dc o n c r e t eb e , a m $ 本试验于本校结构实验大厅进行。通过2 套液压千斤顶加载系统，分别在柱 顶面施加恒定的竖向荷载和梁端可变竖向低周反复荷载。加载顺序为：先在柱顶 采用1 0 0 0 k n 的压力千斤顶施加恒定竖向荷载以保持柱的轴压比为0 2 2 ，再采用 5 0 0 k n 的推拉千斤顶在梁端施加竖向往复荷载。加荷达到屈服荷载前，采用荷 载控制；加荷达到屈服荷载后，采用位移控制，每级加荷为1 6 ，2 6 ，3 6 ，4 6 ( 6 为屈服荷载下的梁端位移，屈服荷载按静力试验的少6 曲线出现拐点进行判别， 第2 审开圆孔梁的试验方案 待试验完成后采用等能量法进行校核) 。每级荷载加荷循环两次，至构件破坏为 止。因试件的梁、柱端皆为反弯点，梁和柱在此位置只受到剪力作用，弯矩为零， 所以试件的边界条件应为铰支座。为使试验更易实现，顺利进行，将柱端约束设 置为水平固定支撑。试验加载装置见图2 5 ( a ) 。 2 3 2 试验测试方法与内容 试验数据的采集主要由静态应变采集仪、力传感器及计算机终端处理系统完 成，试验装置见图2 - 6 。所有千斤顶、传感器、应变采集仪、位移计和百分表等 设备在每次试验前都进行标定。 试验测量内容包括： 1 柱顶轴向压力大小和梁端竖向反复荷载值大小。柱项轴压力和梁端竖向反 图2 - 6 试验采集系统图 f i g 2 6p h o t o so ft e s ts e t u pa n dd a t ac o l l e c t i o n 复作用力由与千斤顶相连的拉、压传感器测得。传感器再通过数据采集仪将数据 输入计算机，通过计算机上显示的力与位移值来控制柱顶端竖向荷载和梁端加载 的进程。见图2 5 ( a ) 。