基于裂缝分布特征的RC框架中间节点受剪性能计算拉压杆模型

大量钢筋混凝土梁柱组合体抗震性能试验表明,梁柱节点剪压比较大时核心区混凝土在受力后期一般将出现明显的非线性剪切变形。采用有限元方法模拟节点的受力规律时,正确计算节点区的剪应力-剪应变关系是有限元模型合理、非线性变形计算结果准确、可靠的基础和前提;基于梁柱组合体试验中节点裂缝的发展过程和分布规律,提出了一种基于裂缝分布特征的拉压杆模型,推导了相应的剪应力-剪应变骨架曲线的计算方法;在OpenSees软件中的超级节点单元的基础上,将节点的剪应力-剪应变骨架曲线的计算结果用于多个典型梁柱组合体抗震试验的有限元模拟分析之中。通过将节点剪切块的剪应力-剪应变滞回曲线、梁端力-位移滞回曲线的模拟结果与试验结果进行比较,验证了该模型的适用性和有效性。     

钢筋混凝土框架中节点受剪承载力计算的修正软化拉压杆模型

应用软化拉压杆模型对钢筋混凝土框架节点核心区进行受剪承载力计算时,常常基于经验取柱截面宽度作为节点的有效宽度参与抗剪强度计算。但是,对于实际工程中含有现浇楼板的框架中节点,节点的有效宽度在核心区上下验算截面并不相同且随着作用外力的增加而逐步增大,直至软化拉压杆模型中结点域(nodal zone)混凝土达到其抗压强度后压溃而失效。本文对软化拉压杆模型中节点有效宽度的计算方法进行了改进,应用修正软化拉压杆模型(Modified Softened Strut-and-Tie,简称MSST)对国内外63个框架中节点试件的抗剪强度进行理论计算,并将受剪分析得到的峰值剪应力计算结果与现行规范建议方法及软化拉压杆模型方法的计算结果进行对比。结果表明：修正软化拉压杆模型计算得到的框架节点受剪承载力与软化拉压杆模型计算结果相比和试验结果吻合更好,与现行规范建议设计方法计算结果相当,该建议模型可较为合理地反映含现浇楼板框架节点的受力机理。     

基于软化拉-压杆模型方法的钢筋混凝土变梁中节点抗剪承载力研究

根据10个梁高不等钢筋混凝土框架中节点试件在低周反复荷载作用下的试验结果,重点分析了该类框架节点的破坏过程和破坏特点。在试验研究的基础上,建立了框架中节点等效核心区在剪、压复合作用下的计算模型,应用软化拉-压杆模型方法(简称SSTM)对等效核心区进行了受力分析。研究表明:软化拉-压杆模型理论计算值与试验结果接近,与现行规范建议方法计算结果相当,但软化拉-压杆模型方法有明确的力学计算模型,能较为合理地反映框架节点的受力机理。     

纤维增强混凝土梁柱节点受剪承载力计算模型研究

纤维增强混凝土(FRC)具有受拉应变-硬化和多裂缝开展特性,替代普通混凝土作为梁柱节点核心区基体材料以减少箍筋的数量。该文通过建立协调方程、平衡方程和本构关系,对FRC梁柱节点在地震作用下的受力性能进行分析,提出FRC梁柱节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线理论计算模型,并研究其开裂点、屈服点和峰值点的剪应力和剪应变计算方法。将理论计算结果与试验结果进行比较,结果表明:提出的剪应力-剪应变理论计算模型可以较好地反映FRC梁柱节点在地震作用下的剪应力-剪应变关系。     

纤维增强混凝土梁柱节点受剪承载力计算

将纤维增强混凝土(FRC)梁柱节点在地震作用下的抗剪机制简化为约束斜压杆机制和桁架机制的综合作用,约束斜压杆机制由节点核心区FRC和箍筋共同作用形成的约束FRC抵抗,桁架机制由节点核心区梁、柱纵筋与周围FRC之间的粘结力承担。考虑这两种机制在受剪承载力机制中的比例,推导出FRC梁柱节点受剪承载力计算公式。将所收集到的28个FRC梁柱节点试件受剪承载力试验值与计算值进行比较,二者之比的平均值为1.04,变异系数为0.08,验证了受剪承载力计算模型的合理性。     

高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪模型分析

根据集中荷载作用下8根剪跨比0.26~1.04、跨高比为2和3的LC40级高强轻骨料混凝土简支深受弯构件受剪性能试验结果,重点分析了该类混凝土深受弯构件的破坏过程与破坏形态。在试验研究的基础上,建立了基于软化拉-压杆模型计算理论的高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪承载力计算模型,并应用该模型完成了22组该类构件受剪承载力试验计算与我国GB50010-2010、ACI318-08、CSA和EC2等现有规范计算结果及软化拉-压杆模型计算结果的对比分析。分析表明：高强轻骨料混凝土深受弯构件破坏形态分为剪切破坏和弯剪破坏两种,剪跨比λ≤1,其受剪承载力基本由混凝土斜压杆控制,软化拉-压杆模型计算结果接近试验值,与现行规范计算结果相当,但软化拉-压杆模型有明确的力学模型,能够合理反映深受弯构件受力机理。     

基于软化拉-压杆模型的小跨高比钢板-混凝土组合连梁受剪承载力分析

钢板-混凝土组合(PRC)连梁由于内嵌钢板的作用可显著提高连梁的抗剪承载力和延性耗能能力,但目前对其受剪承载力理论分析研究较少。该文应用软化拉-压杆模型方法对小跨高比PRC连梁进行了受力分析,并结合条带模型,建立了小跨高比PRC连梁受剪承载力分析模型和计算方法,进一步提出了小跨高比PRC连梁受剪承载力简化软化-拉压杆模型计算方法,通过国内外37个小跨高比PRC连梁试验结果对模拟计算建议模型的合理性进行了验证,并与国内外相关规程计算结果进行对比。结果表明:软化拉-压杆模型方法计算值与试验值吻合较好,该方法有明确的力学计算模型,能较为合理的反映跨高比不大于2.5的小跨高比PRC连梁的受剪机理。     

节点区柱钢管非连续式方钢管混凝土柱-梁节点受剪性能研究

为研究节点区柱钢管非连续式钢管混凝土柱-梁节点的受剪性能,对5个柱-梁中节点试件进行低周反复荷载试验。对节点的破坏形态和骨架曲线进行分析,结果表明随着节点面积增大系数(节点面积/柱面积)和相对配筋系数(节点体积配筋率/梁配筋率)的增大,节点的受剪承载力和延性逐渐改善。基于修正斜压场(MCFT)的基本理论,并对节点的受力边界进行简化,建立该节点在剪、压复合作用下的抗剪承载力计算方法;采用该文的简化方法计算得到的节点峰值剪应力与试验结果进行对比,二者吻合良好。     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架中节点受剪性能分析

基于ABAQUS平台,建立了预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架中节点精细化数值有限元模型,计算得到了柱顶水平荷载-位移滞回和单调加载曲线。在对比计算单调加载和实测滞回曲线基础上,研究了节点在柱顶水平荷载下的破坏全过程,细致考察了框架中节点的混凝土、型钢骨架、钢筋骨架以及预应力筋的应力状态,探讨了此类框架节点的破坏机理;基于参数分析结果,研究了轴压比、预应力度、核心区钢管配钢率和配箍率对节点柱顶水平荷载-位移曲线和核心区剪力-剪切变形的影响,提出了节点核心区受剪承载力计算公式。研究结果表明,当节点试件水平荷载达到峰值点时,核心区钢管、箍筋及预应力筋均达到屈服,核心区混凝土被压碎,此时可作为节点核心区抗剪承载力计算的标志;提出的节点核心区的抗剪承载力计算公式,可供工程设计参考。     

窗下墙对自保温暗骨架承重墙抗震性能的影响研究

采用低周往复荷载试验研究窗下墙对自保温暗骨架承重墙抗震性能的影响,结果表明：窗下墙对自保温暗骨架承重墙的滞回曲线、骨架曲线、刚度及其退化、耗能能力等均存在显著影响;试验墙体失效破坏全过程均呈“共同工作、转化过渡和弱框架工作”三阶段特征,恰与我国抗震设防目标相对应;均系延性破坏,对应延性系数分别为3.034、3.545。理论方面：基于等效弹性板模型,分别根据最大拉应力理论和双剪统一强度理论建立了墙体开裂荷载的计算方法;基于抗剪抵抗机构思想提出刚架斜压杆模型,并利用等效刚度法明晰了斜压杆宽度的确定方法,建立了墙体极限荷载计算方法;与实测值的对比表明,所建立的计算方法精度较高。最后,以建立的理论方法为基础,定量评价了窗下墙对墙体抗震承载力的直接和间接作用。研究结果可为带门窗洞口的自保温暗骨架承重墙抗震承载力计算提供方法。     

局部采用纤维增强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为了提高梁柱节点受剪承载力、变形能力及耗能能力,同时避免节点钢筋拥挤而导致的施工困难,采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土作为节点核心区基体材料,考虑轴压比和节点核心区配箍率的影响,进行了7个FRC梁柱节点和1个钢筋混凝土(RC)梁柱节点对比试件的拟静力试验,分析其破坏形态、承载力、变形能力、耗能能力、节点核心区剪应力-剪应变曲线和梁端塑性铰区弯矩-转角曲线。结果表明,在节点核心区主斜裂缝出现前,试件已具有很高的受剪承载力和变形能力;当轴压比试验值为0.07~0.28时,随着轴压比增大,FRC试件的受剪承载力、侧向变形能力、耗能能力及节点核心区的剪切强度和剪切变形能力增加;增加节点核心区配箍率,承载力退化有所减缓;FRC试件梁端塑性铰转动能力有较大提高。     

基于简化拉-压杆模型的钢筋活性粉末混凝土框架边节点受剪承载力研究

对5个中间层钢筋活性粉末混凝土框架边节点试件进行了拟静力加载试验,得到了此类节点的破坏过程和破坏特点,明确了各阶段剪力的传递和分配。在试验研究的基础上,采用简化拉-压杆模型并考虑纤维抗拉拔阻力的有利作用,建立了钢筋活性粉末混凝土框架边节点在复合作用下的受剪承载力计算模型,并通过试验验证了此模型的可行性。结果表明：按照此模型计算得到的节点核心区受剪承载力与试验实测值吻合较好,离散度较小,其值与试验实测值的平均比值为1.05,变异系数为0.11;而且此模型亦能较合理地反映轴压比、配箍率及纵筋强度对节点受剪承载力的影响。     

钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究

梁柱节点受剪承载力计算是混凝土框架结构节点抗震设计的关键点之一,由于节点剪力传递机理与构造的复杂性,目前尚未形成完善的节点受剪承载力计算理论。该文阐述了预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点的受力机理,并基于桁架模型和斜压杆模型,提出了一种同时考虑预应力筋与型钢贡献的节点受剪承载力计算方法。开展了新型节点受力性能拟静力试验,分别选取了梁端破坏与节点剪切破坏两种破坏形式的节点试验数据,对所建立的新型节点受剪承载力计算方法进行了验证评估,结果表明,该文提出的预应力混凝土梁-型钢混凝土柱框架节点承载力计算方法具有较好的精度。

     

钢纤维钢筋混凝土梁柱节点抗震设计方法

基于压杆模型和软化桁架模型,提出钢纤维钢筋混凝土梁柱节点的一种新的抗震设计方法.掺入节点核心区的钢纤维可被等效为部分水平和竖向剪力筋.在节点核心区与梁或柱相交端截面处建立平衡方程、协调方程和本构方程,可以求出传给节点压杆模型和软化桁架模型的地震作用.提出的设计方法能够对节点的水平和竖向抗剪承载力进行设计,其可靠性得到七个钢纤维钢筋混凝土梁柱外节点试验数据的验证.     

钢-竹组合梁柱边节点拟静力试验研究

钢-竹组合工字形梁和箱形柱的边节点,采用T型钢连接件和螺栓实现组合梁柱之间的连接,并在节点核心区柱子四周焊接钢板形成钢套筒,从而增加节点域的刚度和整体性能。以螺栓数目、强度和有无加劲肋为基本参数,对6个组合梁柱边节点试件进行了拟静力加载试验,观察节点在不同参数条件下的梁端P -Δ 滞回曲线、组合梁柱之间的转角和节点区钢板的剪切变形,得到了梁柱节点的耗能系数、延性系数等抗震性能指标,在此基础上进行了节点区连接件理论转角计算方法分析。试验结果表明,螺栓强度等级和根数对节点核心区的剪切变形和组合梁柱节点的极限承载力影响不大,但节点区钢套筒焊脚尺寸和加劲肋的设置变化对节点转动刚度和抗震性能指标影响显著。根据钢-竹组合节点在弹性阶段的梁端位移和应力、应变关系,提出了组合节点的力学简化模型及连接件转角的计算方法,其计算结果与试验值吻合较好。     

PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究PEC柱（partially encased concrete composite column）-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了3个PEC柱-型钢梁中节点及1个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明：PEC柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为0.25~0.35时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但PEC柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足\     

Seismic performance and prediction equations of sandwich beam-column joints subjected to skew cyclic loads

To study the seismic performance of sandwich beam-column joints constructed with high strength concrete column and normal strength concrete floor system and joint regions, four specimens with different column to beam concrete strength ratios (α) were tested under skew cyclic loads. The performance indices of the specimens including the failure mode, ductility, energy dissipation were compared and analyzed. The results show that the failure modes of the sandwich joints are in form of joint shear failure after yielding of the beam, while the ductility coefficient is found to be greater than 3.0. Compared to the joints with low concrete strength ratios α, the specimen with a high concrete strength ratio α features larger deformation at the joint. Based on the softened strut-and-tie model, a set of shear strength prediction equations for the sandwich beam-column joint, taking into account the effects of the concrete strength ratio α, floor slabs and plastic region of beams, is proposed. Comparison of the present tests against the published literature confirms that the shear strength of the sandwich joints can be well predicted by the proposed model.     

高强箍筋RC梁-柱节点抗剪模型及非线性分析

在现有RC梁柱节点抗剪模型的基础上,提出了高强箍筋RC梁柱节点抗剪模型。该模型考虑了节点中混凝土的斜压杆传力机制和箍筋的抗剪作用。计算结果表明：通过建议的节点抗剪模型计算的高强箍筋RC梁柱节点的剪切应力-应变曲线与试验结果符合较好,节点最大剪应力计算值与试验值之比的平均值接近于1且变异系数较小。将该节点抗剪模型应用于OpenSees程序中分析了高强箍筋RC梁柱节点在往复荷载作用下的力学行为,讨论了混凝土强度和轴压比对高强箍筋RC梁柱节点受力性能的影响。该模型可用于高强箍筋RC梁柱节点的受力分析。     

钢骨混凝土异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为了研究钢骨混凝土异形柱-钢梁节点的抗震性能,进行了4个T形钢骨混凝土柱-钢梁节点和4个L形钢骨混凝土柱-钢梁节点的拟静力试验。试验考虑了混凝土强度等级、核心区配箍率和轴压比等参数的影响,对骨架曲线、承载力、核心区剪切变形、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明,在低周往复荷载作用下,钢骨混凝土异形柱-钢梁框架节点滞回曲线饱满,表现出良好的延性性能和耗能能力,典型破坏形态为节点核心区剪切斜压破坏和节点区焊缝失效破坏;高轴压力下节点具有较高的承载能力但延性性能降低;混凝土强度越高,节点承载能力越大,但延性性能越差;增大核心区配箍率对试件的延性和承载力有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力。