第３０卷 第５期华侨大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．５ ２００９年９月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕａｑｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｓｅｐ．２００９
文章编号： １０００－５０１３（２００９）０５－０５６３－０５
保安服务条例颜 军，李升才，宋美洁
（华侨大学土木工程学院，福建泉州３６２０２１）
摘要： 通过４个蜂窝梁贯通型接点、２个外伸式端板连接节点，以及２个平齐式端板连接节点的低周反复荷
载试验，研究焊接环式箍筋柱与焊接蜂窝梁连接节点的破坏特征和抗震性能．在此基础上，对焊接环式箍筋柱
节点的抗剪受力性能进行分析，考虑混凝土、焊接环式箍筋、不同连接形式的约束作用及轴力等因素的影响，
最终得出４组试件抗剪承载能力的计算公式．结果表明，理论与试验结果之间存在一定的误差，但是整体而言
仍然具有参考价值，可为工程设计提供实际依据．
关键词： 焊接环式箍筋柱；蜂窝钢梁；节点；抗剪承载力
中图分类号： ＴＵ３９８＋．２０２文献标识码： Ａ
２０世纪８０年代初，美国学者首先在传统的钢筋混凝土框架结构、钢结构，以及钢骨混凝土复合式框架结构的基础上，研制了一种钢构件和钢筋混凝土构件的新型组合式框架结构体系，并成功地应用于中、高层建筑［１－２］．２０世纪８０年代末，日本学者研制出能满足钢梁和混凝土柱之间复杂应力传递的梁柱节点构造［２桘４］．１９２９年，Ｒｉｃｈａｒｄ首先研究了圆箍约束混凝土的强度和变形，以及在横向水压作用下混凝土圆柱体的强度和变形［５］畅１９５５年，Ｃｈａｎ［６］研究矩形箍筋约束下的混凝土强度及变形．林大炎等［７］、张秀琴等［８］分别研究箍筋约束混凝土的性能．焊接蜂窝梁桘焊接环式箍筋混凝土柱节点抗剪承载能力计算，主要是根据塑性极限分析理论，将混凝土和焊接环式箍筋的抗剪能力叠加得到畅同时，适当考虑了节点钢梁腹板或端板，以及轴压力对节点抗剪承载力提高的作用．目前，国内尚未系统地对焊接蜂窝梁桘焊接环式箍筋混凝土柱节点进行研究，承载能力的计算公式也没有统一．鉴于此，本文对不同抵抗机理的节点抗剪承载能力进
行研究．
１ 节点试验
丹徒实验学校
１．１ 试验概况
对４组８个试件进行低周反复荷载试验，研究焊接蜂窝梁桘焊接环式箍筋混凝土柱节点的抗震性能．试件取自常规多层多跨框架结构侧向荷载作用下相邻梁柱反弯点之间的典型单元．模型与原型的几何比例为１∶２，梁反弯点之间距离为２．４ｍ，柱反弯点之间距离为１．８ｍ．其中，ＲＣＳＪ１桘１，ＲＣＳＪ１桘２，ＲＣ－
ＳＪ４桘１，ＲＣＳＪ４桘２为蜂窝梁贯通型节点；ＲＣＳＪ２桘１，ＲＣＳＪ２桘２为外伸式端板连接型节点；ＲＣＳＪ３桘１，ＲＣＳＪ３桘２为平齐式端板连接型节点．试件的具体形式，如图１所示．
碳酸锂缓释片
１．２ 加载制度与测量方法
图２为试验加载装置．考虑Ｐ桘Δ效应的影响，水平荷载采用柱端加载方式，竖向荷载由电动液压千斤顶作用于柱顶，并通过稳压控制保证柱轴力恒定．千斤顶顶部特制的低摩擦滑板，可保证水平加载时与反力架接触处具有最小摩阻力．竖向千斤顶前端球铰和柱底固定球铰允许柱顶与柱脚沿加载方向
转动．两侧梁端分别设有带上、下轴承的拉杆并与台座连接，形成可平行移动机构，以模拟组合边界条件．柱端水平荷载由ＭＴＳ２４３桘４５／ＦｌｅｘＴｅｓｔＧＴ型ＭＴＳ电液伺服作动器（美国ＭＴＳ公司，双向最大出力 收稿日期： ２００８－０２－２６
通信作者： 李升才（１９６０－），男，教授，主要从事结构抗震工程的研究．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｓｃ５０６０５＠ｈｑｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．
基金项目： 建设部研究开发基金资助项目（０６桘Ｋ３桘１７）；厦门市科技计划项目（３５０２Ｚ２００７３０３５）
采用位移控制．
（ａ）ＲＣＳＪ１桘２ （ｂ）ＲＣＳＪ２桘
２
（ｃ）ＲＣＳＪ３桘２ （ｄ）ＲＣＳＪ４桘２
图１ 梁柱节点示意图
Ｆｉｇ．１ Ｓｋｅｔｃｈｏｆｂｅａｍ－ｃｏｌｕｍｎｊｏｉｎｔｓ图３为加载制度，其中，θ为转角，ｎ为循环次数畅试件屈服前，各位移幅值循环１次；试件屈服后，各位移幅值下循环３次．主要测量内容包括：（１）采用ＭＴＳ高精度拉索电子位移计（精度为１％），测量组合件的侧移；（２）采用导杆引伸仪，测量塑性铰区域的弯曲各变形分量和节点核心区的剪切变形；（３）采用电阻应变片和应变片，分别测量纵筋、箍筋、钢梁顶部、 钢梁腹板和钢梁核心区腹板的应变．图２ 试验加载装置示意简图图３ 加载制度示意图
Ｆｉｇ．２ ＳｋｅｔｃｈｏｆｔｅｓｔｌｏａｄｉｎｇｓｅｔｕｐＦｉｇ．３ Ｓｋｅｔｃｈｏｆｌｏａｄｉｎｇｍｏｄｅ１．３ 试验结果
试件ＲＣＳＪ１桘１～ＲＣＳＪ４桘２的破坏形态，分别如图４所示畅典型的核心区箍筋应变状况，如图５所示；位移计及百分表测点布置（正反面对称），如图６所示；核心区钢筋应变片布置，如图７所示．
（１）当加载位移幅值为７．２ｍｍ时，试件ＲＣＳＪ１桘１开始出现第１条斜裂缝，开裂荷载为５１．０ｋＮ．随着位移幅值的增加，节点核心区斜裂缝数量不断增加，形成网状．在靠近柱边缘，形 成竖向裂缝并逐渐发展．当位移为１８．０ｍｍ时，核心区出现响声，竖向裂缝从上到下贯通整个核心区，极限荷载为８７．０ｋＮ，并在位移幅值为２４．０ｍｍ的第２个循环出现脱落现象，如图４（ａ）所示．
（２）当加载位移幅值为９．０ｍｍ时，试件ＲＣＳＪ１桘２开始出现第１条斜裂缝，开裂荷载为６２．５ｋＮ．随着位移幅值的增加，节点核心区斜裂缝数量不断增加，形成网状．在靠近柱边缘，形成竖向裂缝并逐渐发展．竖向裂缝从上到下贯通整个核心区，极限荷载为８７．０ｋＮ，并在位移幅值为３６．０ｍｍ的第２个循环出现脱落现象，如图４（ｂ）所示．
（３）当加载位移幅值为３．６ｍｍ时，试件ＲＣＳＪ２桘１开始出现第１条裂缝，开裂荷载为３４．０ｋＮ．随着位移幅值的增加，裂缝充分发展，在核心区形成Ｘ形状．当位移幅值为６０．０ｍｍ时，核心区箍筋屈服，屈６６５华侨大学学报（自然科学版） ２００９年
服荷载为１４５．０ｋＮ．当位移幅值为９０．０ｍｍ时，核心区混凝土鼓出，并在第２循环出现了脱落，如图４（ｃ）
所示．
（ａ）ＲＣＳＪ１桘１（ｂ）ＲＣＳＪ１桘２（ｃ）ＲＣＳＪ２桘１（ｄ）ＲＣＳＪ２桘２（ｅ）ＲＣＳＪ３桘１（ｆ）ＲＣＳＪ３桘２（ｇ）ＲＣＳＪ４桘１（ｈ）ＲＣＳＪ４桘２
图４ 试件的破坏形态
Ｆｉｇ．４ Ｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ （ａ）ＲＣＳＪ１桘１
（ｂ）ＲＣＳＪ４桘２
图５ 核心区箍筋应变状况Ｆｉｇ．５ Ｓｔｒａｉｎｏｆｓｔｉｒｒｕｐｓｉｎｃｏｒｅａｒｅａ 图６ 测点布置图 图７ 核心区钢筋应变片布置 Ｆｉｇ．
硝酸胍
６ Ｔｅｓｔｐｏｉｎｔａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ Ｆｉｇ．７ Ｔｈｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｓｔｅｅｌ ｓｔｒａｉｎｇａｕｇｅｉｎｃｏｒｅａｒｅａ（４）当加载位移幅值为３．６ｍｍ
时，试件ＲＣＳＪ２桘２出现第１条裂缝，开裂
荷载为３５．０ｋＮ．随着位移幅值的增加，
新闻体裁
裂缝充分发展，在核心区形成Ｘ形状．
当位移幅值为６０．０ｍｍ时，核心区箍筋
屈服，核心区混凝土开始鼓出，极限荷
载为１６８．０ｋＮ，并开始循环加载．在位
移幅值为９０．０ｍｍ时，核心区混凝土大
范围脱落，如图４（ｄ）所示．
（５）在加载位移幅值为１８．０ｍｍ时，试件ＲＣＳＪ３桘１出现初始裂缝，开裂荷
载为７３．０ｋＮ．随着位移幅值的增加，裂缝充分发展，在核心区形成Ｘ形状．当位移幅值为６０ｍｍ时，螺杆断，荷载为１０８．０ｋＮ，如图４（ｅ）所示．
（６）在加载位移幅值１８．０ｍｍ时，试件ＲＣＳＪ３桘２出现初始裂缝，开裂荷载为９０．０ｋＮ．随着位移幅值的增加，裂缝充分发展，在核心区形成Ｘ形状．当位移幅值为３６．０ｍｍ时，螺杆断，极限荷载为９８．０ｋＮ，如图４（ｆ）所示．（７）当加载位移幅值为１８．０ｍｍ时，试
件ＲＣＳＪ４桘１开始出现第１条斜裂缝，开裂荷载为８８．０ｋＮ．随着加载位移幅值的增加，节点核心区斜裂缝数量不断增加，形成网状．在靠近柱边缘，形成竖向裂缝并逐渐发展．竖向裂缝从上到下贯通整个核心区，极限荷载为９１．０ｋＮ，并在位移幅值为３０．０ｍｍ时，钢梁屈服，如图４（ｇ）所示．
（８）当加载位移幅值为１８．０ｍｍ时，试件ＲＣＳＪ４桘２开始出现第１条斜裂缝，开裂荷载为９０．０ｋＮ．随着加载位移幅值的增加，节点核心区斜裂缝数量不断增加，形成网状．在靠近柱边缘，形成竖向裂缝并逐渐发展．竖向裂缝从上到下贯通整个核心区，极限荷载为９３．０ｋＮ，并在位移幅值为３６．０ｍｍ时，钢梁
７６５第５期 颜 军，等：蜂窝梁桘焊接环式箍筋柱节点的抗剪受力性能
图８ 柱顶水平力计算简图Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅｄｉａｇｒａｍｏｆｌａｔｅｒａｌｆｏｒｃｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｌｕｍｎｔｏｐ屈服，如图４（ｈ）所示．
２ 节点极限抗剪承载力设计值的计算方法
２．１ 剪切设计值的计算值与实验值的对比
根据文［９］计算左、右梁所能承受极限正弯矩，分别为ＭＬ，ＭＲ，如图８所示．对节点中心取矩，
可得
Ｖ＝（ＭＬ＋ＭＲ－Ｎ×Δ）／（Ｌ２＋Ｌ３）．（１）
在实验中，柱底反力Ｎ≈Ｐ；计算梁端反力时，忽略柱和梁的轴向变
形，Ｒ１，Ｒ２为梁端反力实测值．实验中测得的试件的最大水平承载力（Ｖｔ），以及按式（１）计算的最大水平承载力（Ｖｃ），如表１所示．由表１可知，蜂窝梁贯通型节点的剪切设计值较实验值小２５％左右，外伸式端板螺栓节点的剪切设计值较实验值小１６％左右，平齐式端
板螺栓节点的剪切设计值较实验值小１４％左右．比较可知，规范的剪力设计值式中，Ｖ乘以大于１的系数是合理的．２．２ 抗剪承载力计算值与实验值的对比
焊接环式箍筋柱节点的极限抗剪承载力，主要是根据塑性极限分析，并考虑了混凝土、焊接环式箍
筋、不同连接形式的约束作用、轴力等因素的影响．根据模拟核心区试件的抗剪实验［１０］，节点抗剪力为
Ｖｕ＝ｋｂｊｈｊｆｃｃｋ＋ｔＮ．（２）式（２）中，ｂｊ，ｈｊ为节点宽度和高度；Ｎ为柱子轴力；ｋ，ｔ分别考虑了不同节点情况的约束因素（对于ＲＣ－ＳＪ１桘１和ＲＣＳＪ１桘２，ｋ＝０
．０５，ｔ＝０．０２；对于ＲＣＳＪ２桘１和ＲＣＳＪ２桘２，ｋ＝０．０３，ｔ＝０．０４；对于ＲＣＳＪ３桘１和ＲＣＳＪ３桘２，ｋ＝０．０３，ｔ＝０．０２；对于ＲＣＳＪ４桘１和ＲＣＳＪ４桘２，ｋ＝０．０４，ｔ＝０．０２）；ｆｃｃｋ为约束混凝土强度畅根据文
［１０］，箍筋对核心混凝土的约束应力σ２＝１２
αｎαｓλｔｆｃ．其中，折减系数αｎ，αｓ分别为考虑箍筋的水平约束长度或箍筋围住的纵筋数量ｎ，以及箍筋间距ｓ的影响畅即αｎ＝１－８３ｎ，αｓ＝１－ｓ２ｂ０
．当σ２≤０．０５ｆｃ时，ｆｃ，ｃ＝（１＋５σ２）ｆｃ；而当σ２≥０．０５ｆｃ时，ｆｃ，ｃ＝（１．１２５＋２．５σ２）ｆｃ．
试验中对试件的节点核心区所施加的剪力，以及按式（２）计算的试件节点核心区的抗剪承载值，如表１所示畅由表１可知，对于试件ＲＣＳＪ３桘１和ＲＣＳＪ３桘２，抗剪承载力计算值较实验值小，这是合理的畅
表１ 承载力计算值与实验值对比Ｔａｂ．１ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ
试件
水平承载力Ｖｔ／ｋＮ Ｖｃ／ｋＮ Ｖｃ・Ｖｔ－１抗剪承载力Ｖｔ／ｋＮ Ｖｃ／ｋＮ Ｖｃ・Ｖｔ－１ＲＣＳＪ１桘１８８．６６６．５０．７５８７．８８２．１０．９４ＲＣＳＪ１桘２８７．９６５．９０．７５８７．１８２．６０．９５ＲＣＳＪ２桘１１４５．１１２４．００．８５１５６．７１４７．５０．９４ＲＣＳＪ２桘２１７２．６１４２．７０．８３１９２．７１６３．３０．８５ＲＣＳＪ３桘１１１０．６９５．９０．９０１３４．８１４７．２１．０９ＲＣＳＪ３桘２９２．１７４．４０．８１９２．５１４６．８１．５９ＲＣＳＪ４桘１９３．７７３．４０．７８９１．６８６．８０．９５ＲＣＳＪ４桘２９３．８７０．６０．７５９０．６８５．８０．９５ 在实验中，试件发生的是螺栓断开破坏，并非节点核心区的剪切破坏，故试件核心区实际受剪承载力值比实验值还要大．其余试件，按式（２）计算的抗剪承载力较实验值大，这也是合理的畅因为试件发生的都是节点核心区剪切破坏，故节点核心区实际受剪承载力值比实验所测值要小．３ 结论
通过试验和计算结果的研究，可以得出以下４点主要结论畅
（１）试件ＲＣＳＪ１桘１，ＲＣＳＪ１桘２和ＲＣＳＪ４桘１，ＲＣＳＪ４桘２采取相同的节点形式（蜂窝梁贯通型）畅由于实验８６５华侨大学学报（自然科学版） ２００９年
条件和技术的限制，做ＲＣＳＪ１桘１，ＲＣＳＪ１桘２试件时，节点核心区没有加箍筋；而做ＲＣＳＪ４桘１，ＲＣＳＪ４桘２试件时，核心区加６道箍筋畅另外，将蜂窝梁在核心区和纵筋焊接，没
有出现ＲＣＳＪ１桘１，ＲＣＳＪ１桘２试验中的蜂窝梁在核心区转动的情况．因此，ＲＣＳＪ４桘１，ＲＣＳＪ４桘２的承载能力较ＲＣＳＪ１桘１，ＲＣＳＪ１桘２有所提高．
（２）试件ＲＣＳＪ２桘１与ＲＣＳＪ２桘２采用外伸式端板连接方式，此类构件拥有很高的承载能力畅但是，端板使核心区混凝土局部受压，使得节点核心区过早开裂，且混凝土破坏严重．
（３）试件ＲＣＳＪ３桘１与ＲＣＳＪ３桘２采用平齐式端板连接方式，此类构件核心区混凝土破坏不严重，基本还处于弹性阶段畅但是，由于连接钢梁螺杆采用对接焊缝的形式，导致螺杆突然被拉断，所以计算承载力会比实际的承载力大．
中华民族根本利益所在是（４）节点抗剪承载力公式的适用性，还有待于更多的试验验证，以便为完善这种形式的节点设计提供相应的参考依据．
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ＹＡＮＪｕｎ，ＬＩＳｈｅｎｇ桘ｃａｉ，ＳＯＮＧＭｅｉ桘ｊｉｅ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕａｑｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２０２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｓｅｒｉｅｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ４ｐａｓｓ桘ｔｈｒｏｕｇｈｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｊｏｉｎｔｓ，２ｅｘｔｅｎｄｅｄｅｎｄ桘ｐｌａｔｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｊｏｉｎｔｓ，２ｅｎｄ桘ｐｌａｔｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｊｏｉｎｔｓｕｎｄｅｒｌｏｗ桘ｃｙｃｌｅｃｙｃｌｉｃｌｏａｄａｒｅｔｅｓｔｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍ－ａｎｃｅ．Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｕｎｄｅｒｓｈｅａｒｆｏｒｃｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｓｆｏｒｔｈｅｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｃａｐａ
ｃｉｔｙｏｆｔｈｅ４ｇｒｏｕｐｓｐｅｃｉｍｅｎｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈＣｏｎｓｉｄｅｒｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｗｅｌｄｉｎｇｒｉｎｇｓｔｉｒｒｕｐｓ，ｔｈｅｒｅ－ｓｔｒｉｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｆｏｒｍｓａｎｄａｘｉａｌｆｏｒｃｅ．Ｔｈｏｕｇｈｔｈｅｒｅｉｓｃｅｒｔａｉｎｅｒｒｏｒｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｔｈｅｏｒｙｆｏｒｍｕｌａｓｉｓｗｏｒｔｈｆｏｒｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅａｓａｗｈｏｌｅ，ａｎｄｗｏｕｌｄｇｕｉｄｅｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｗｅｌｄｉｎｇｒｉｎｇｓｔｉｒｒｕｐｓｃｏｌｕｍｎ；ｗｅｌｄｉｎｇｃａｓｔｅｌｌａｔｅｄｓｔｅｅｌｂｅａｍ；ｊｏｉｎｔ；ａｎｔｉ桘ｓｈｅａｒｓａｎｄｂｅａｒｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
ｍｅｔｈｏｄ（责任编辑：钱 筠 英文审校：方德平）９６５第５期 颜 军，等：蜂窝梁桘焊接环式箍筋柱节点的抗剪受力性能
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