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钢筋混凝土耦合梁 I：测试
克里斯托弗·J·莫特1;大卫·C·菲尔德斯2;约翰·D·胡珀, F.阿瑟罗恩·克莱门西奇, M.阿瑟;和约翰·华莱士（F阿瑟）5
摘要：结构钢-钢筋混凝土（SRC）耦合梁是常规和对角钢筋混凝土耦合梁的替代方案。为了解决先前用于提出设计建议的测试中的空白，在钢筋混凝土结构墙中嵌入了四个大型的，弯曲屈服的，悬臂式SRC耦合梁，而没有包含辅助传递杆和支承板。通过对耦合梁施加准静态，反向循环剪切载荷，并对壁的顶部施加弯矩和剪切力，以在整个嵌入区域上产生循环拉伸和压缩场，对梁进行了测试。主要的测试变量是钢结构截面的包埋长度，梁跨度长度（长宽比），墙边界纵向和横向钢筋的数量以及施加的墙载荷（弯矩，剪切力和轴向载荷）。良好的性能，其特征在于，在荷载-变形响应中最小程度的收缩和不对称以及梁-墙界面处的损伤集中，这与较长的埋入长度，中等至轻的墙需求以及较重的墙边界加固相关。减小的嵌入长度，较大的壁需求和轻的壁边界加固导致性能降低，在载荷变形响应中明显增加了收缩，不对称和循环退化，并在嵌入区域造成了严重损坏。DOI:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001670.copy;2016美国土木工程师学会。
作者关键字：耦合梁连杆梁；钢筋混凝土（SRC）；钢筋混凝土；结构墙；剪力墙；混凝土和砖石结构。
介绍和背景
钢筋混凝土结构墙为抵抗地震和风荷载提供了有效的侧向系统。耦合梁通常用于连接相邻的共面结构墙，以增强建筑物的横向强度和刚度。对于抗震设计，耦合梁通常充当主要的保险丝，以限制整个系统的需求。因此，它们通常承受较大的塑性旋转，并且必须提供可靠的耗能机制。常规和对角增强的耦合梁（DRCB），跨度与深度（纵横比） 为2 到4 ，并根据ACI 318-11 （2013年ACI）第21.9.7 节[ACI 318-14（2014年ACI）第19.9.7节]分别在最大旋转至约0.04 rad 和0.06 rad 时提供最小的峰后强度衰减（Naish等，2013a,b).由于耦合梁通常位于垂直堆叠的门或走廊开口之间，因此楼层高度限制通常会限制梁的深度。对于DRCB，深度限制导致水平钢筋和对角钢筋之间的角度相对较浅。这种浅角度，以及需要在墙体边界区域中限制对角钢筋锚固的范围内。
1.大学博士后研究员 奥克兰市，奥克兰1010， 新西兰（通讯作者）。 电子邮件：c.motter@auckland.ac.nz
2.第五大街1301号Magnusson Klemencic Associates高级负责人
套房3200，西雅图，WA 98101-2699。 电子邮件：dfields@mka.com
3. 第五大街1301号Magnusson Klemencic Associates高级负责人
套房3200，西雅图，WA 98101-2699。 电子邮件：jhooper@mka.com
4 Magnusson Klemencic Associates主席兼首席执行官，1301年第五届
Ave.，Suite 3200，Seattle，WA 98101-2699。 电子邮件：rklemencic@mka.com
5 大学教授 美国加利福尼亚州洛杉矶市CA90095。电子邮件：wallacej@ucla.edu
注意:该手稿于2016年1月15日提交,批准于2016年8月3日; 于2016年10月17日在线发布。讨论期开放至2017年3月17日; 对于单独的论文，必须提交单独的讨论。 本文是《结构工程杂志》的一部分，copy;ASCE，ISSN 0733-9445。
带来了可施工性挑战，从而增加了施工时间和成本。钢骨混凝土（SRC）耦合梁的使用提供了传统和对角线钢筋混凝土耦合梁的替代方案，能够在有限的深度内实现显着的耦合。
SRC耦合梁的梁到墙连接的强度主要取决于钢截面的嵌入长度。马托克和加法尔（ 19 82)以及Marcakis 和 mitchell（1980）开发了荷载传递模型，以确定嵌入预制 混凝土柱中的钢（Shahrooz等,1993年; Harries等,1993年）型材所需的嵌入长度。该模型用于钢制连 接梁，因为力传递机制是相同的。这些模型基于图5中所示的假设。1， 即在埋入区域中的线性混凝土应变分布，在连接的外表面 应变为εc=0.003，均匀大小（Whitney）应力块近似壁边 缘附近的轴承应力分布， 以及抛物线应力- 应变关系
（Hognestad等,1955年）模拟埋入部分末端的轴承应力分布； 由此产生的轴承力提供了力和力矩的平衡。Harries 等。（1993，2000 ）建议Marcakis 和Mitchell（1980）和Mattock和Gaafar（1982）修改埋入方程，以包 括墙面混凝土剥落的影响，这会增加有效净跨距并减小耦合梁的有效埋入长度。
Marcakis和Mitchell（1980）的嵌入方程（Harries 等.1993，2000），经过修正以考虑墙体表面的混凝土剥落
where e =a c (Le–c)/2，即嵌入可以抵抗的最大梁剪切载荷；
a =悬臂梁长度；Le=钢截面到钢筋混凝土结构墙中的嵌入长度（从梁-墙界面测量）；c =剥落深度，假定等于墙壁透明覆盖层的深度；beff=有效壁宽，作为限制区域的宽度，不超过嵌入构件宽度的2.5倍；=混凝土的规定抗压强度。
马特克和加法尔（1982）嵌入方程式，经过修改可解决剥落（Harries等。1993年, 2000），是
其中以MPa为单位;t =壁厚；b =轴承宽度，等于宽法兰钢型材的法兰宽度；beta;1=ACI应力阻滞因子，定义为均匀（惠特尼）应力阻滞深度与中性轴深度之比。两个嵌入方程式的主要区别在于等式中使用（1）和。等式 （2）是两者中较为保守的的方程gt; 27.5 MPa=4 ksi。
2010 AISC抗震规定（AISC 2010）提供了设计SRC耦合梁的建议； 嵌入2010 AISC地震规定中提供的方程等式 （H4-2）]是
其中L =全长耦合光束的净跨距长度，其中对于一半长度的悬臂测试光束，a=L/2。 关系到等式 （2），式 （3）包括固有强度降低因子phi;=0.9。
2010年AISC地震规定要求进行辅助转移固定在嵌入式钢型材上的钢筋和承重板靠近嵌入长度的前部和后部（图2）。 传递杆和轴承板，旨在改善载荷传递通过引入额外的载荷传递机制，在梁和墙之间研究以评估是否可以获得足够的性能没有这些细节会增加成本，造成拥堵壁边界，并阻碍钢联轴器的放置梁在结构墙中。
为了弥补研究中的空白，本研究中测试的标本是弯曲控制的。但是，由于对于挠曲控制和剪切控制的SRC耦合梁，埋入区域中的载荷传递机制相同（与图1一致），本 文件和随附文件（Motter等,2016)年除非另有说明，否则适用于剪切控制和挠曲控制的SRC耦合梁。因为先前对SRC耦合梁的测试是在小型标本上进行（龚和沙鲁兹2001a, b），本研究致力于根据实验室约束条件（确定为约一半的规模），以最大的规模评估嵌入方程的可靠性。此外，以前的对于SRC耦合梁和钢耦合梁（无钢筋混凝土包装），通常对埋入未开裂的墙或未承受周期性荷载的反应块的钢制截面进行测试（Harries等.1993年, 1997; 龚和 沙鲁兹2001a,b) 因为局部应力应变字段可能会影响所需的嵌入长度，测试此处描述的程序利用了承受逆循环的壁侧向荷载和倾覆力矩使得嵌入区域承受循环拉伸-压缩壁应变垂直于嵌入式钢型材的法兰作用（图3）。以前对循环荷载墙的研究（Shahrooz 等，1993; Gong和Shahrooz 2001b），其中包括墙的应用轴向载荷和力矩而不是剪切力，表明在墙荷载作用下耦合梁的荷载变形响应效果。
实验程序
标本设计
设计并建造了两个试样子组件，每个子组件包含一个结构墙和两个结构墙嵌入墙体相对端的耦合梁并单独测试。 在每个子组件中，墙的需求是这样就不会造成第一次光束测试的损坏影响了第二次测试。 四个测试光束的测试矩阵为表1中给出的参数与测试矩阵有关
如图4所示。测试变量包括耦合梁跨度与深度（纵横比）（alpha;），钢截面嵌入长度结构墙（Le），墙体边界纵向钢筋比（rho;bound），墙边界横向钢筋细部[ACI 318-11（ACI）的普通边界元素（OBE）2011）21.9.6.5（a）节[ACI 318-14（ACI 2014）节18.10.6.5（a）]，其中rho;boundgt; 400/fy(fy以平方英寸为单位)=2.76/fy（fy 单位为 MPa),Min =最小边界横向钢筋，符合ACI 318-11（ACI 2011）第21.9.6.5（b）节[ACI 318-14（ACI 2014）18.10.6.5（b）节，其中rho;boundlt;400 / fy（fy用平方英寸为单位）= 2.76 /fy [fy [MPa为单位）] 嵌入钢截面，经测试抗压强度混凝土（;测试），以及所应用的结构墙要求（εs，max /εy，其中是屈服应变和εs; max是最大值最外壁纵筋在耦合梁的中高，使用平面应变计算弯矩曲率分析）。
SRC1旨在测试具有以下特征的有利方案：长埋入长度和低墙需求，而SRC2是旨在测试具有潜在危险的更关键的场景嵌入长度不足，壁要求更大。 确定了SRC1和SRC2的嵌入长度根据等式。 选择（1）和（2）以获得预期的混凝土强度，以提供等于梁强度的嵌入强度，基于上下限估计的光束强度SRC1和SRC2的梁抗弯强度 SRC3测试了一个低纵横比的光束，而SRC4测试了减少墙体边界的纵向钢筋，且最 小ACI 318-11（ACI 2011）允许墙边界横向加固。 尽管SRC3和SRC4的嵌入长度根据等式的平均值进行设计（1）和（2），在梁-墙界面处产生与 SRC2，嵌入强度与梁抗弯强度之比由于F较低，SRC3和SRR4较低,test.
所有测试梁均设计为在弯曲之前屈服计算的标称抗剪强度。 光束纵横比为2.4和3.33用于代表住宅的典型值和美国的办公楼。 图5所示用于所有四个测试光束的耦合光束横截面。W12times;96 [国际系统（SI）W310times;310times;143]光束使用的法兰修整为140毫米（5.5英寸）的宽度代表美国W24times;250（无SI等效）光束一半的规模。 使用相同钢坯梁的段所有四个测试光束，以及平均测试成品率和极限A992（50级）结构钢的应力为379 MPa法兰分别为（54.9平方英寸）和544 MPa（78.9平方英寸）和417 MPa（60.5平方英寸 ）和548 MPa（79.5平方英寸 ），用于网络。 因为混凝土对剪切强度的贡献不需要弯曲控制的梁，耦合梁箍筋制造为两个U型杆，而不是箍（用于易于施工）。耦合梁纵向钢筋在梁的每个角上用来锚固箍筋并延伸壁上仅76毫米（3英寸），以免造成重大影响来提高抗弯强度并增加对嵌入区域的要求。
图5显示了这两个结构的墙截面图测试样品组件。 由于墙装不是故意的在墙的底部（特殊边界）产生屈服没有提供元素。 中间水平的墙边横向钢筋[根据ACI 318-11（ACI 2011）节21.9.6.5（a）和ACI318-14（ACI 2014）第18.10.6.5（a）条，rho;boundgt; 400 = fy（fy以psi为单位）= 2.76 = fy（fy（以MPa为单位）]，请参阅此处作为普通边界元素，为SRC1，SRC2，和SRC3，而SRC4的详细信息符合ACI 318-11（ACI 2011）第21.9.6.5（b）节[ACI 318-14（ACI 2014）节18.10.6.5（b）]，即将水平腹板钢筋搭接至墙边界处为U形条，没有箍或交叉结提供。对于普通的边界元素，因为箍和交叉带不能穿过钢型材的腹板，穿过腹板的预钻孔允许使用螺杆（Asfy的铁环不少于铁环和交叉带）和钢保持边界元素约束和约束的板块防止嵌入区域中的钢筋弯曲（图6）。 虽然2010年AISC地震规定（注释H4.1）的注释建议在网络的每一侧放置交叉连接，锚固到位于法兰之间的短垂直条上，细节在图6中，有望更好地复制边界交叉关系，已在工程实践中使用，并已被采用研究。在图6中，墙边界的纵向和横向墙的中间厚度处的钢筋在嵌入式钢截面处是不连续的。 因此，这些不连续纵筋对嵌入区域的壁抗弯强度没有贡献。 墙腹板水平和垂直加固选择满足规范的最小增强比 腹板水平钢筋的数量大于需要满足测试期间施加的壁剪要求，基于ACI 318方程。 腹板水平钢筋原为剪接至箍/叉（SRC1 / SRC2）或U型杆（SRC3 /SRC4）以符合ACI 318-11（ACI 2011）部分的意图21.9.6.5（b）[ACI 318-14（ACI 2014）18.10.6.5（b）]。 对于第二墙（SRC3 / SRC4），在内部使用了双U型杆细节嵌入区域（相对于单个U形杆），以避免钻孔通过钢
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