钢筋混凝土带腋撑框架结构.docx

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1、附件1：外文资料翻译译文钢筋混凝土带腋撑框架结构蔡 健 周 飞 钟国坤 杨 春 (华南理工大学 土木与交通学院,亚热带建筑科学国家重点实验室,广州 510640;广东省高教建筑规划设计院,广州 510640)摘 要 提出了一种设置带腋撑的新型钢筋混凝土 (含预应力混凝土 )框架结构。该结构由常规的钢筋混凝土框架结构以及设置在节点区的腋撑组成。腋撑的上、 下端分别和框架梁、 框架柱刚接。腋撑的设置 ,改变了框架梁端、 框架柱端的设计控制截面的位置 ,大幅度减少了框架梁端、 框架柱端的设计控制截面的弯矩值、 剪力值 ,并且大幅度减少了框架梁跨中的挠度。试验结果表明 ,该新型结构具有良好的性能。该新

2、型钢筋混凝土带腋撑框架结构适用于单层或多层大跨度的混凝土结构房屋建筑以及土木工程构筑物 ,有广泛的应用前景。关键词 框架 结构 腋撑 大跨度 力学性能钢筋混凝土（RC）框架结构因其良好的经济性，方便施工及适用性，已广泛应用于土木工程领域，特别是多层和高层建筑。人们进行了广泛的研究，取得了丰硕的成果，并且在设计规范里成立了相对更完美的设计理论和方法。然而，在建筑功能多样性的要求下，现有的钢筋混凝土框架结构存在难以逾越的障碍。例如，大跨度建筑结构，梁端部的力矩、梁跨中的力矩和挠度、柱子端部力矩过大的话，可能会导致梁柱横截面的增大，更强的加固，有时人们是不可能设计这些部件的。因此，研制出一种具有良好

3、力学性能、经济的、方便施工的新钢筋混凝土结构体系很重要，这种结构体系能应用于大跨度结构并且对使用功能不会造成影响。1. 钢筋混凝土带腋撑框架结构1.1结构形式适用于钢筋混凝土结构的大跨度建筑，主要技术措施如下： 增大截面和钢筋混凝土梁、柱筋率； 采用预应力混凝土框架结构； 采用钢混凝土组合框架结构； 有腋撑的梁虽然所有的方法可以改善构件的受力性能，但它们都有很大的限制。同时，桁梁可以替代一般的结构梁以满足大跨度需求。然而，桁架梁很难与柱刚性连接，整体刚度相对薄弱，桁架结构比普通钢筋混凝土梁高很多，这可能会影响建筑物的功能。新开发的钢筋混凝土带腋撑框架结构是由普通钢筋混凝土框架结构和腋撑结构与结

4、构梁柱靠近节点区域刚性连接组成的，这种结构适用于一跨或多跨，一层或多层的建筑，如图1和图2分别。腋撑和梁构成的1角与腋撑和柱构成的2角可以根据结构设计要求进行调整，使结构最合理的性能与建筑物的功能均得到满足。 图1.单跨两层带腋撑框架结构 图2.两跨两层带腋撑框架结构1.2机械特性普通钢筋混凝土框架结构的传力机制可通过加腋撑改变。以一一跨两层结构竖向及水平荷载作用下的内力计算为例，比较带腋撑钢筋混凝土框架结构和普通钢筋混凝土框架结构的传力机制。图3和图4分别显示普通钢筋混凝土框架结构和带腋撑钢筋混凝土框架结构的弯矩，层高为H1 = 8.9米，H2 = 8.7米，结构跨度L = 29.5米，1

5、= 40.9和2 = 49.1。可以看出，通过加腋撑，梁柱的设计控制截面由普通钢筋混凝土框架结构的两端变为带腋撑钢筋混凝土框架结构连接腋撑的截面；梁柱的跨中和两端的力矩与挠度明显下降；最大弯矩出现在梁柱与腋撑连接的节点处；跨度缩短；跨度一致时，相应的内力，结构构件的尺寸可以减小； a竖向荷载下的弯矩 b横向荷载下的弯矩 图3.普通钢筋混凝土框架结构的弯矩 a. 竖向荷载下的弯矩 b. 横向荷载下的弯矩 图4. 带腋撑混凝土框架结构的弯矩2. 实验程序带腋撑钢筋混凝土框架结构是一种新的结构，并且还没有相关的研究报道。实验人员把一个原结构1/4大小的带腋撑的钢筋混凝土框架结构用来做实验研究这种新结

6、构的抗震性能。试样的细节都显示在图5。s15.24的二级预应力钢绞线，其纵筋和箍筋强度等级分别为HRB400钢筋HPB235级，混凝土强度等级为C40。两个500kN液压千斤顶垂直对称的安装在试样两端，千斤顶安装在距离柱子边缘2.4米处，两个1000千牛液压千斤顶水平放置在梁的两端，如图5所示，加载程序如下。首先，在试样上单一增加竖向集中荷载作用下的最大计算竖向荷载的一半，然后卸载。其次，对试样施加竖向集中荷载作用下的四分之一的最大计算荷载，然后保留着竖向荷载并且对试样施加水平重复荷载，卸载时，试件达到极限水平位移。最后，在垂直和水平方向上完全卸载，在竖直方向上对试样施加极限荷载。机电拨号指标

7、是用来测量梁的跨中横向位移、腋撑和梁的节点、和梁的加载点。金属丝应变计用于测量对腋撑梁柱节点、梁的跨中和两端、柱的顶部和底部及梁和柱的节点钢筋的应变。密切观察定位第一裂纹，和相应的负载进行标记。3实验结果和讨论 3.1试件的失效模式在垂直加载过程中，裂纹首先出现在腋撑和梁的节点处，然后在腋撑和柱节点处出现大量横向裂纹，然后穿过裂缝出现在柱子底部并且受压区混凝土被压碎。一些裂缝出现在梁柱接点处，明显提高了节点的性能。水平反复荷载作用下，斜裂缝主要出现在腋撑和柱节点处及柱子的底部，裂缝宽度比较大。最后，柱子底部的混凝土被压碎。试样失效模式如图6。 图5.试样的尺寸和剖面 图6.整体破坏模式 3.2

8、荷载位移曲线 图7.第一次竖向荷载加载过程中梁的跨中挠度曲线图7显示的是在竖向荷载作用下，从一个千斤顶记录的梁的跨中挠度曲线的数据。在第一次加载过程中，竖向荷载增加到28kN，裂缝出现在腋撑和梁的节点处梁的顶面，但荷载挠度曲线无明显变化。在最后一次加载过程中，竖向荷载作用下试件的刚度明显降低，跨中挠度不断增加。当达到极限荷载时，试样最大挠度为111毫米，这大约是跨长的1 / 66，明显表明试样具有良好的竖向变形能力。 图8.水平荷载位移曲线图8是水平荷载-位移曲线，这是从梁端记录的。在荷载达到屈服荷载之前，框架的刚度略有降低，残余变形很小。在第二次逆向循环加载中，当荷载超过屈服荷载时，框架顶部

9、水平位移不断增加，框架刚度明显降低。当负载增加至最大荷载273kN时，位移为-8315mm，荷载-位移曲线表现出明显的水平阶段，最大位移为-111mm。第一圈的面积比较小，当荷载小于屈服荷载时，但第二圈，结构的产量和循环更加饱满，这表明结构具有良好的延性和耗能能力。 3.3竖向荷载下钢筋应变特性 a第一次加载过程 b最后一次加载过程 图9.竖向荷载-应变曲线 图9显示竖向载荷-梁端顶部纵向钢筋应变曲线，在腋撑和梁的节点处及梁跨中底部处，标明56 #，74#和98 # 。在第一次加载过程中，74 #的应变比56 #和98 #的应变增加的更快，但所有的测点应变小于屈服应变。在最后一次加载过程中，在

10、荷载增加110kN之前，74 #应变增加速度比98 #快。在74 #应变超过屈服应变之后， 98 #应变更快的达到了屈服应变。试验结束时，54 #应变没有达到屈服应变。很明显，梁和腋撑的节点处首先屈服，形成塑性铰，然后跨中屈服。在整个加载过程中，梁柱节点表现出良好的性能。4 结论一种新的钢筋混凝土带腋撑框架结构（包括预应力混凝土）提出了。这种新结构由传统的钢筋混凝土框架结构和腋撑在梁柱节点区连接组成。与传统的钢筋混凝土框架结构相比，结构梁和柱节点处设计控制截面的弯矩和剪力大大降低。实验结果表明：竖向荷载作用下，塑性铰首先出现在梁和腋撑节点处，其次出现在跨中，梁柱的节点表现出良好的性能在水平荷载作用下，较大的弯曲变形出现在梁柱和腋撑的节点处，最后，柱子底部的混凝土被压碎，结构具有良好的延性。