钢管约束钢筋混凝土转换短柱抗震性能试验研究_张小冬

， 并避
免传统组合框架柱与钢筋混凝土框架梁连接复杂的
， 因此对 大 连 中 国 石 油 大 厦 外 筒 底 部 的 钢 管
约束钢筋混凝土短 柱 进 行 了 抗 震 性 能 模 型 试 验， 模 型比例为 1∶ 6 。 图 2 为大厦外筒底部钢筋混凝土转换短柱的截
* 国家自然科 学 基 金 （ 50708027 ） ， 黑 龙 江 省 自 然 科 学 基 金 （ E200724 ） 。 作者 简 介： 张 小 冬，硕 士， 教 授， 一 级 注 册 结 构 工 程 师，Email ： 163 zhangxiaodong@ 163． com 。
第 41 卷 第 6 期 2011 年 6 月
建 筑 结 构 Building Sn． 2011
钢管约束钢筋混凝土转换短柱抗震性能试验研究
1 1 1 1 2 1， 2 张小冬 ， 马忠吉 ， 刘景云 ， 刘志伟 ， 周绪红 ， 刘界鹏
*
（ 1 哈尔滨工业大学建筑设计研究院， 哈尔滨 150090 ； 2 兰州大学土木工程与力学学院， 兰州 730000 ）
图 4 为 4 个 框 架 短 柱 的 荷 载 -位 移 滞 回 曲 线 ， 由图可见， 相同剪跨比条件下， 轴压比较高且柱中 无对拉钢筋试件的抗震性能明显 较 低。由 剪 跨 比 为 1. 3 的 两 个 试 件 的 对 比 可 见 ， 高轴压比试件 TRC0. 6 1. 3 的 水 平 承 载 力 较 高 ， 但 峰 值 荷 载 后， 0. 6 1. 3 的 承 载 力 下 降 较 迅 高 轴 压 比 试 件 TRC图2 钢管约束钢筋混凝土转换柱截面配筋
试件参数与水平承载力
试件编号 TRC0. 6 1. 3 TRC0. 6 1. 7 TRC0. 41. 3 -S TRC0. 41. 7 -S 8 12 8@ 70 纵筋 箍筋 L / mm 600 800 600 900 N0， e / kN 0. 6 0. 6 0. 4 0. 4 N0， c / kN 1. 0 1. 0 0. 65 0. 65
Experimental study on seismic behavior of tubed RC transition short columns Zhang Xiaodong 1 ，Ma Zhongji 1 ，Liu Jingyun 1 ，Liu Zhiwei 1 ，Zhou Xuhong 2 ，Liu Jiepeng 1 ，2
表1
Pu / kN 339. 08 207. 56 298. 15 219. 68
注：1 ） 试件编号中： TRC 表示钢管 约 束 钢 筋 混 凝 土 ； 0. 6 表 示 试
图1
大连中国石油大厦主体结构立面布置图
件的轴压 比 为 0. 6 ；1. 3 表 示 剪 跨 比 为 1. 3 ； S 表 示 加 设 了 对 拉 钢 筋 。 其余类推 。2 ） L 为试件长度； N 0 ， e 为试验轴压比； N 0 ， c 为 设 计 轴 压 比； P u 为试验得到的试 件 的 峰 值 承 载 力 。 3 ） 钢 管 厚 度 t 为 2. 09mm ；钢 管屈服强度 f y 为 309. 2MPa ；混凝土实测 100 mm 立 方 体 抗 压 强 度 f10 cu 为 60. 5MPa ， 纵筋屈服强度 f b 为 397MPa 。
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43 层 、 地上部分 高 176m 的 超 高 层 结 构 。 主 体 结 构 内筒 为 钢 筋 混 凝 土 筒 体；结 构 外 筒 地 下 层 4 ～ 地 上 层 3 为框架， 层 4 ～ 层 43 为 交 叉 桁 架 筒 体， 即结构 在地下层 4 ～ 地 上 层 3 为 框 架 -核 心 筒 结 构， 而层 4 ～ 层 43 为筒中筒结构；外围结构从层 4 开始由框架 结构体系转换为桁 架 筒 体 结 构 体 系， 因此该结构属 超高层复杂结构 。 图 1 所示为主体结构外筒立面布 置图 。 由图 1 可 见， 当结构外筒由交叉桁架筒体变为 普通框架外筒时， 由于两根斜柱并为一根直柱， 导致 柱截面很大；在层 3 转换层处， 框架柱基本都是剪跨 比小于 1. 5 的超短柱， 而在 层 1 和 层 2 ， 框架柱都是 剪跨比小于 2 的短柱 。 由于上部交叉桁架筒体的刚 因此底部框架是整个结构的薄 度远大于底部框架， 弱部位， 特别是底部框架柱都是短柱甚至超短柱， 抗 震性能较差， 难以 满 足 结 构 的 大 震 设 计 要 求 。 在 底
图3
1
工程概况 大连 中 国 石 油 大 厦 主 体 结 构 为 地 下 4 层 、 地上
部框架短柱中采用传统的型钢混凝土或钢管混凝土 柱可有效提高结构 的 整 体 抗 震 性 能， 但由于框架梁 为钢筋混凝土， 梁柱节点处理复杂， 因此在底部框架 短柱中采用钢管约 束 钢 筋 混 凝 土 柱， 充分利用钢管 约束钢筋混凝土短 柱 抗 震 性 能 优 越 的 特 点 问题 。 2 钢管约束钢筋混凝土转换短柱抗震性能试验 由于钢管约束钢筋混凝土是一种新型的组合结 构形 式， 目前国内外尚无相关规范做出设计规 定
（ 1 Architectural Design and Research Institute ，Harbin Institute of Technology ，Harbin 150090 ，China ； 2 School of Civil Engineering and Mechanics ，Lanzhou University ，Lanzhou 730000 ，China ） Abstract ： Tubed RC short columns exhibited excellent ductility and interstory plastic deformation capacity ，therefore the anti-seismic performance of transition structures will be improved obviously when the transition short columns are in the form of tubed RC columns． Model test was carried out to study the seismic behavior of tubed RC transition short columns used in the outer tube of Dalian China Petrol Mansion building． The scale of the model was 1 ∶ 6． The main parameters studied in this research were axial load ratio ，shear span to depth ratio and using of stiffening bars． The test results indicate that the effectively confinement from the outer tube to the core concrete restrains the shear failure of RC short columns and transforms the brittle shear failure mode of RC short columns under lateral seismic load． Using tubed RC columns in antiseismic structures will effectively improve the ductility ， interstory plastic deformation capacity and energy dissipation capacity of RC short columns ，thereby effectively improve the anti-seismic performance of the whole structures． Keywords ： tubed RC ； short column ； anti-seismic performance ； axial load ratio ； shear span to depth ratio
［摘要］ 钢管约束钢筋混凝土短柱具有优越的延性和弹塑性层间变形能力， 因此在转换柱中应用时可显 著 提 高 转 换结构的整体抗震性能 。 对大连中国石油大厦外筒的钢管约束钢筋混凝土转换短 柱 进 行 了 抗 震 性 能 模 型 试 验 ， 模 剪跨比和 对 拉 钢 筋 设 置 。 试 验 结 果 表 明， 钢 管 约 束 混 凝 土 短 柱 中， 钢 型比例为 1∶ 6 。 试验中的主要参数为轴压比 、 管对核心混凝土的有效约束限制了核心混凝土剪切破坏的产生， 改变了钢筋混凝土短 柱 在 水 平 地 震 作 用 下 的 剪 切 脆性破坏模式 。 在抗震工程中采用钢管约束钢筋混凝土柱可有效提高钢筋混凝土 框 架 短 柱 的 延 性 、 弹塑性层间变 形能力和耗能性能， 从而显著提高结构的整体抗震性能 。 ［关键词］ 钢管约束钢筋混凝土； 短柱； 抗震性能； 轴压比； 剪跨比 中图分类号 ： TU528 文献标识码 ： A 848X （ 2011 ） 06009103 文章编号 ：1002-
0. 4 1. 3 -S 在 峰 值 荷 载 点 速 ；而 低 轴 压 比 试 件 TRC具 有 良 好 的 延 性。 由 剪 跨 比 后承载力 缓 慢 下 降， 为 1. 7 的 两 个 试 件 对 比 可 见 ， 高 轴 压 比 试 件 TRC0. 6 1. 7 的 延 性 明 显 低 于 低 轴 压 比 试 件 TRC0. 4 1. 7 -S ；高 轴 压 比 试 件 TRC0. 6 1. 7 在 试 验 过 程 中 导致构件的承 发生了平 面 外 的 弹 塑 性 失 稳 破 坏， 4 个框架短柱 载力 较 低 。 由 试 件 的 破 坏 形 态 可 知 ， 均未产生剪切破坏。 图 5 为 4 个 框 架 短 柱 的 荷 载 -层 间 位 移 角 骨 架 曲线对比， 图中的破 坏 点 是 指 峰 值 荷 载 后 构 件 的 水 平承载力下 降 至 峰 值 荷 载 的 85% 。 由 2 个 轴 压 比 为 0. 4 的试件的 层 间 变 形 能 力 对 比 可 见， 剪跨比为 1. 7 的试件 TRC0. 41. 7-S 的 极 限 层 间 位 移 角 高 于 0. 41. 3-S ， 剪跨 比 为 1. 3 的 试 件 TRC但剪跨比为 1. 3 的 超 短 柱 的 极 限 层 间 位 移 角 也 超 过 了 1 /25 （ 0. 04 ） ， 变形能力 非 常 优 越 。 在 轴 压 比 为 0. 6 的 条 件下， 剪跨比为 1. 3 的 超 短 柱 也 表 现 出 了 较 好 的 弹 塑 性 变 形 能 力，极 限 层 间 位 移 角 超 过 了 1 /50 （ 0. 02 ） 。 即 对 于 本 工 程 的 超 短 柱， 罕遇地震作用