钢环加固圆钢管混凝土柱-RC梁角节点轴压性能有限元分析

针对圆钢管混凝土柱-RC梁角节点,提出了对角节点的节点区采用多段钢环加固的构造方案,并对加固节点模型的轴压性能开展有限元分析研究。通过已有研究成果验证了有限元模型分析方法的可靠性,继而采用ABAQUS有限元分析软件建立152个加固节点模型进行轴压试验模拟。有限元分析结果表明,以多段钢环加强的圆钢管钢筋混凝土柱-RC梁角节点轴压性能优于普通节点,加固节点具有更高的轴压承载力和更好的延性,加固效果明显。参数分析表明：加固角节点的轴压承载力随节点混凝土轴心抗压强度、节点区钢环体积占比和节点区纵筋配筋率的增加而增加;角节点的轴压承载力受梁端剪力影响,较大的梁端剪力可能造成节点延性降低。根据分析结果,建立了节点区采用钢环加固的圆钢管约束混凝土柱-RC梁角节点的轴压承载力算式,供设计该类节点参考。     

钢筋混凝土框架夹心节点抗震性能试验研究

钢筋混凝土框架结构中通常柱混凝土强度高于梁的混凝土强度,当节点与梁用较低强度混凝土同时浇筑时,便形成钢筋混凝土框架夹心节点。通过11个钢筋混凝土框架夹心节点（包括平面中节点2个,平面端节点2个,改进型平面节点4个,空间中节点、空间端节点、空间角节点各1个）及3个用于对比分析的传统空间节点（空间中节点、空间端节点、空间角节点各1个）的拟静力试验,结合之前完成的7个平面夹心节点试验及6组平面夹心节点与传统节点的抗震性能对比,对钢筋混凝土框架夹心节点的抗震性能进行研究,包括开裂损伤过程、失效模式、位移延性、变形性能、受压承载力、受剪承载力、滞回耗能、梁筋粘结锚固性能等。研究表明：虽然核心区混凝土强度降低对试件抗震性能有一定不利影响,但通常不会改变框架节点的破坏模式,满足剪压比、轴压比、梁柱混凝土强度比、核心区配筋量条件下的夹心节点,其抗震性能大多可以满足结构设计的需求,或采取加插短筋、增设斜筋等加强措施后可以满足。     

Strength deterioration of reinforced concrete beam–column joints subjected to cyclic loading

This paper proposes a method to predict the ductile capacity of reinforced concrete beam–column joints failing in shear after the development of plastic hinges at both ends of the adjacent beams. After the plastic hinges occur at both ends of the beams, the longitudinal axial strain at the center of the beam section in the plastic hinge region is expected to increase abruptly because the neutral axis continues to move toward the extreme compressive fiber and the residual strains of the longitudinal bars continue to increase with each cycle of additional inelastic loading cycles. An increase in the axial strain of the beam section after flexural yielding contributes to a widening of the cracks in the beam–column joints, thus leading to a reduction in the shear strength of the beam–column joints. The proposed method includes the effect of longitudinal axial strain of a beam in the plastic hinge region of the beam on the joint longitudinal strain and the strength deterioration of the joint. In order to verify the shear strength and the corresponding deformability of the proposed method, test results of RC beam–column assembly were compared. Comparisons between the observed and calculated shear strengths and their corresponding deformability of the tested assemblies showed reasonable agreement.     

钢筋混凝土框架夹心节点设计方法

为给出钢筋混凝土框架夹心节点的设计方法,依据试件破坏特征等试验结果提出了验算内容与设计准则,通过对夹心节点抗震性能影响因素的分析及其与传统节点的对比提出了设计参数限值,基于试验试件的承载力并结合非线性有限元模拟的结果提出了核心区承载力验算公式。结果表明:为达到所需的位移延性并满足承载力要求,需设置剪压比、轴压比、柱梁混凝土强度比、最小配箍量等参数限值约束夹心节点适用范围;通过核心区受压验算、受剪验算保障节点的承载力,必要时可采取适当的加强措施;此外需要采取合理的构造措施避免梁筋过度的粘结退化。     

型钢混凝土柱-混凝土梁混合节点抗震性能试验研究

为了研究强节点系数对型钢混凝土(SRC)柱-混凝土(RC)梁混合节点破坏形态的影响,对6个SRC柱-RC梁混合节点开展低周反复荷载试验。通过调整梁端纵筋配筋率和节点箍筋配置以构造不同的强节点系数,实现SRC柱-RC梁混合节点梁端弯曲破坏、梁端弯曲-节点剪切破坏和节点剪切破坏3种不同的破坏模式。在试验研究基础上,考察该类混合节点的滞回曲线、骨架曲线和各受力阶段变形特性。研究结果表明,强节点系数是控制SRC柱-RC梁混合节点破坏形态的重要参数,强节点系数小于1.1时,一般发生节点剪切破坏,应通过合理设计加以避免;由于柱型钢穿越节点核心区,增强了对核心区混凝土的约束,使得SRC柱-RC梁混合节点发生节点剪切破坏后的受力性能优于RC节点;通过对试验数据的分析,提出SRC柱-RC梁框架结构满足四个抗震性能水平的位移角限值。     

Behavior and strength of steel reinforced concrete beam–column joints with single-side force inputs

Five large-scale beam–column subassemblies were fabricated and tested under cyclic loading to investigate the behavior of SRC Type I exterior and Type II corner beam–column joints. In addition, the applicability of strength superposition method on joint shear strength was assessed. It was found that: (1) the strength superposition method was able to estimate the SRC beam–column joint shear strength with reasonable accuracy; (2) the anchorage position of beam longitudinal bars has an obvious influence on the joint shear strength and crack pattern; (3) increased depth of cross-sectional steel leads to a higher shear strength for the beam–column joint; and (4) a combination of corner stirrups and shaped steel cross-sections was able to provide sufficient lateral support to longitudinal steel bars and adequate confinement to the concrete in the joint to replace the need for closed hoops.     

Reinforced concrete roof exterior wide and conventional beam–column joints under lateral load

Performance of beam–column joints at roof level is one of the areas needing research in ACI 352R‐02. Thus, behavior of roof exterior beam–column joints was evaluated by testing two half‐scale roof wide and conventional beam–column joints effectively confined on three vertical faces under lateral quasi‐static cyclic loading. Both of the specimens had conventional transverse beams. They were designed in accordance with ACI 318‐11 and ACI 352R‐02 provisions. It became clear by the tests that roof exterior wide beam–column joint was more ductile compared with roof exterior conventional beam–column joint. But there was not considerable difference between strength and energy dissipation capacity of the specimens. Moreover, joint shear strength was sufficient in wide beam–column joint. Therefore, joint shear requirements can be relaxed for roof exterior wide beam–column connection. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Seismic performance of CFST column to steel beam joint with RC slab: Experiments

The objective of this research is to investigate the seismic behaviour of the composite joint consisting of circular concrete filled steel tubular (CFST) column and steel beam with reinforced concrete (RC) slab. Six specimens, including four interior and two exterior joints, were tested under constant axially compressive load on the top of the columns and cyclic loads at the ends of the beams. The main experimental parameters were the type of the joint, the axial load level on the CFST column and the section configuration of the beam. Several indexes that could reflect the seismic behaviour of the composite joint, such as the ductility, the strength degradation, and the energy dissipation capacity were analyzed. It was found that the composite joints exhibited favorable seismic performance.     

钢筋砼空间框架节点抗震性能的研究

本文提供了12个钢筋砼空间框架节点在双向反复荷载作用下的试验研究结果,其主要的研究参数是柱梁抗弯强度比值、约束构件尺寸(梁与板)、节点配筋、柱轴向力以及加荷过程。对节点的滞回特性和通过节点的梁筋与柱筋的滑移也进行了研究。在试验结果的基础上,提出了在地震型荷载作用下空间框架节点的设计建议,其中包括柱梁抗弯强度的最小比值、约束梁梁宽与柱宽的最小比值、节点抗剪强度的计算方法以及梁纵向钢筋在节点内的最小锚固长度。     

Longitudinal shear test on steel-concrete composite beam with two rows of shear studs

为研究带双排栓钉的组合梁的纵向受剪性能,进行了7个带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件和1个带单排栓钉的钢-混凝土组合梁对比试件的纵向受剪试验。研究栓钉横向或纵向间距、横向配筋率、混凝土强度、栓钉排布方式等因素对带双排栓钉的钢-混凝土组合梁纵向受剪性能和混凝土板破坏形态的影响,并分析了各研究参数对峰值荷载和极限滑移量的影响。结果表明：带双排栓钉的钢-混凝土组合梁试件破坏模式主要表现为“八”字形裂缝的剪切破坏;栓钉横向、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板配筋率是影响钢-混凝土组合梁受剪承载力的主要因素;受剪承载力均随着栓钉横向间距、纵向间距、混凝土强度以及混凝土板的横向配筋率的增加而增大。     

Deformation capacity of ultra‐high strength concrete flexural elements subjected to inelastic load reversals

Ductility and plastic rotational capacity of flexural elements constructed with concrete strengths up to 175 MPa were investigated experimentally. Ten exterior beam–column sub‐assemblages were tested under cyclic displacements that represented a severe seismic event. The test variables included the concrete strength, the bottom/top reinforcement ratio, the transverse reinforcement ratio, and the shear‐span‐to‐depth ratio. The increase of concrete brittleness with the higher strength concretes did not inhibit the reinforced concrete flexural elements from attaining comparable ductility and deformation capacity with respect to counterpart elements constructed with normal strength concrete. However, the maximum concrete strength that could be used in achieving highly ductile elements depended on the other test variables of the beam element including the bottom/top reinforcement ratio, the transverse reinforcement ratio in the hinge region, and the shear‐span‐to‐depth ratio. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

钢管混凝土柱与钢梁组合节点的抗震试验

研究了由带钢筋混凝土板的钢管混凝土柱与钢梁组成的组合节点的抗震性能。进行了4个内部节点和2个外部节点的试验,柱顶承受恒定轴力,梁端承受循环荷载。主要参数有:节点形式,柱顶轴力大小及梁截面构造形式。对能反映组合节点韧性、强度退化、耗能能力等抗震性能的几个指标进行分析,结果证明组合节点的抗震性能非常好。     

梁筋在节点中采用锚固板与90°弯折锚固的对比试验研究

为便于施工,明确高强梁筋在节点中采用锚固板锚固的可行性,对500MPa级高强梁筋分别采用锚固板锚固和传统90°弯折锚固的两组中间层端节点试件进行抗震性能对比试验。试验中,节点剪压比取为中等偏高及以上（0.238~0.367）;同时在柱中采用较高的轴压比（0.1~0.3）。试验结果表明：在中间层端节点中,高强梁筋采用锚固板锚固是可行的;在轴压比、剪压比（最大0.367）偏高,且节点的配箍特征值基本相同的前提下,高强梁筋采用这两种锚固方式节点的总体抗震性能大致相当,二者的延性和极限位移角基本相当,承载力退化速率基本相同;但加载后期由于节点混凝土的破损,与90°弯折锚固方式的节点相比,采用锚固板锚固的节点,其节点区剪切变形、梁上部钢筋的屈服向节点区发展更为显著,由此导致其梁上部钢筋的滑移量和屈服位移均略大。     

钢筋混凝土中间层边节点模型化方法研究

钢筋混凝土梁柱节点区非弹性变形包括梁纵筋黏结滑移和节点核心区剪切变形,对钢筋混凝土梁柱组合体的受力性能影响较大,在有限元模型中合理地考虑节点区的这两种非弹性变形是数值计算的难点和关键。利用OpenSees结构分析平台中的梁柱节点单元,根据中间层边节点的受力特点和试验结果,通过对钢筋滑移分量和剪切块分量的计算模型、参数计算方法进行改进,提出了修正梁柱节点单元模型,并以多组试验结果为依据,校核了修正梁柱节点单元模型计算的准确性和适用性。分析结果表明：修正梁柱节点单元模型能有效模拟中间层边节点的整体受力性能和局部非弹性变形特性;改进的梁纵筋滑移模型能更合理地模拟贯穿节点梁纵筋的受力特性;改进的剪切块计算模型能准确模拟节点核心区的剪应力大小,以及两个不同加载方向的节点剪应力差异。     

基于纤维梁柱单元的RC带翼缘剪力墙抗震性能分析

为高效准确地模拟钢筋混凝土构件在复杂荷载作用下非线性行为,采用OpenSees中基于刚度法的纤维梁柱单元,建立一种考虑弯曲和剪切共同作用的RC带翼缘剪力墙非线性分析模型,并对已完成的4个不同边缘构件和截面形式的RC带翼缘剪力墙的拟静力试验进行数值模拟;通过比较数值模拟结果与试验结果,验证有限元模型的准确性;通过有限元分析,研究轴压比(0.1~0.3)、剪跨比(1.8~3.0)、翼缘宽度与腹板高度比(0.5~1.1)、混凝土强度(C30~C45)、纵筋配筋率(0.73%~2.22%)以及箍筋配箍率(0.74%~5.19%)对RC带翼缘剪力墙抗震性能的影响。研究表明：随着轴压比、翼缘宽度与腹板高度比、混凝土强度以及纵筋配筋率的增大,带翼缘剪力墙的承载力逐渐增大,其极限变形能力在翼缘受拉方向也相应增大,而在翼缘受压方向不断减小。剪跨比的增大使得带翼缘剪力墙的承载力明显减小,但是变形能力大幅提高。箍筋配箍率的提高可以有效延缓带翼缘剪力墙翼缘受拉方向的破坏。     

钢筋混凝土框架边节点现浇板受拉有效翼缘宽度研究

现浇板参与受力会影响甚至改变钢筋混凝土框架节点的破坏模式,其对结构抗震性能的影响可通过计算有效翼缘宽度来反映。通过3个钢筋混凝土梁-柱-板边节点试件的低周反复荷载试验,对带现浇板的边节点破坏形态、滞回曲线以及现浇板纵向钢筋应变等进行了分析。研究结果表明：由于现浇板参与受力,增大了框架梁端弯矩,使得钢筋混凝土梁-柱-板边节点的下柱顶部发生破坏,未能实现“强柱弱梁”预期破坏机制;现浇板纵筋应变随层间侧移角增加而增大,在相同层间位移角下,板筋应变值随距梁侧距离的增大而减小。为进一步对钢筋混凝土梁-柱-板边节点的受力机理进行研究,以力学模型为基础建立了现浇板受拉有效翼缘宽度计算方法,根据建议公式对8组钢筋混凝土梁-柱-板边节点现浇板的有效翼缘宽度进行分析,计算结果与试验结果吻合较好,建议的计算方法有效解决了设计规范中经验公式计算结果离散性大的问题。     

框架柱托换节点受力性能试验研究

通过移位工程框架柱包裹式托换节点缩尺模型的正交试验研究,分析托换梁剪跨比λ、纵筋配筋参数ρf_y、配箍率、混凝土强度及梁柱结合面插筋配筋参数ρ_j f _yj对托换节点破坏形态和受力性能的影响。试验结果显示,试件的破坏形态分为托换梁的受弯破坏和弯剪破坏两种形式,梁与柱结合面是薄弱位置;通过对试验数据回归分析,得到了在试验参数范围内各影响因素与托换节点破坏荷载的关系,所研究因素中剪跨比λ对托换节点承载力的影响最为显著,其次是纵筋配筋参数ρf_y、配箍率和插筋配筋参数ρ_j f _yj;依据试验结果提出了框架柱托换节点承载力计算公式,计算结果偏安全。     

钢梁-钢筋混凝土柱梁柱边节点抗剪性能分析

本文采用ANSYS有限元软件分析了8个不同节点构造的"梁贯通式"钢筋混凝土柱-钢梁(RCS)边节点的抗剪性能,详细分析了RCS节点柱上端相对侧移及其组成、侧向荷载-剪应变、节点区各组成元件的抗剪承载力、节点剪力-变形曲线、钢腹板应力的发展过程、试件破坏时的应力应变分布等。结果表明,RCS节点变形是三维空间变形,内、外混凝土之间存在相对转动;RCS节点总变形由剪切变形和承压变形组成,即使发生节点剪切破坏,承压变形也占有较大比例;RCS节点抗剪由三部分组成:钢腹板、内混凝土和外混凝土,如设有钢柱面板,还应包括钢柱面板的抗剪承载力;在节点区总变形小于2%时,节点的抗剪承载力随节点总变形的增大而增大,在节点区总变形大于2%时,节点的抗剪承载力随节点总变形的增大而基本保持不变;试件破坏时,钢腹板大部分已屈服,屈服区为柱截面高度的80%,内、外混凝土有明显的斜压带存在。这些信息对进一步研究RCS节点抗剪机理和抗剪模型具有重要意义。     

Research on seismic behavior of GFRP-reinforced concrete beam-column joints

为提高RC框架结构震后可恢复性，采用GFRP筋替代钢筋应用于混凝土梁柱结构中。以配箍率、轴压比、混凝土强度为变量对梁柱组合体开展了拟静力试验研究。试验中共对8个GFRP筋混凝土梁柱组合体、1个RC梁柱组合体进行了测试，比较了GFRP筋与普通钢筋混凝土梁柱组合体的变形和破坏过程，对比分析了各梁柱组合体的滞回曲线、承载能力、残余位移、能量耗散以及钢筋的应变分布等。试验结果表明：GFRP梁柱顶点残余位移显著下降，较RC柱顶残余位移降低60%左右，但其耗能能力低于RC梁柱节点的；在往复荷载作用下，GFRP筋混凝土梁柱框架破坏符合“强柱弱梁”特征，能够承受较大侧向位移，其在达到5.5%位移角时仍未表现出脆性破坏特征；GFRP筋梁柱组合体承载能力、耗能能力和纵筋利用率随着配箍率、混凝土强度的增加而增大。此外，综合考虑配箍率、轴压比、混凝土强度对GFRP筋梁柱节点核心区受剪性能的影响，提出了该种节点核心区受剪承载力计算方法，并基于国内外相关试验数据对其进行了验证。结果表明，提出的计算式能有效计算GFRP筋梁柱节点核心区受剪承载力。     

GFRP筋混凝土梁柱组合体抗震性能试验研究

为提高RC框架结构震后可恢复性,采用GFRP筋替代钢筋应用于混凝土梁柱结构中。以配箍率、轴压比、混凝土强度为变量对梁柱组合体开展了拟静力试验研究。试验中共对8个GFRP筋混凝土梁柱组合体、1个RC梁柱组合体进行了测试,比较了GFRP筋与普通钢筋混凝土梁柱组合体的变形和破坏过程,对比分析了各梁柱组合体的滞回曲线、承载能力、残余位移、能量耗散以及钢筋的应变分布等。试验结果表明：GFRP梁柱顶点残余位移显著下降,较RC柱顶残余位移降低60%左右,但其耗能能力低于RC梁柱节点的;在往复荷载作用下,GFRP筋混凝土梁柱框架破坏符合“强柱弱梁”特征,能够承受较大侧向位移,其在达到5.5%位移角时仍未表现出脆性破坏特征;GFRP筋梁柱组合体承载能力、耗能能力和纵筋利用率随着配箍率、混凝土强度的增加而增大。此外,综合考虑配箍率、轴压比、混凝土强度对GFRP筋梁柱节点核心区受剪性能的影响,提出了该种节点核心区受剪承载力计算方法,并基于国内外相关试验数据对其进行了验证。结果表明,提出的计算式能有效计算GFRP筋梁柱节点核心区受剪承载力。