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。     

基于修正的软化拉压杆模型的RC框架边节点受剪性能研究

在软化拉压杆模型(Softened strut and tie model, SSTM)基础上,针对边节点受力特点,建议采用更准确的混凝土斜压杆倾角计算公式,并基于44个RC框架边节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线的试验数据,拟合了软化混凝土本构曲线,提出修正的软化拉压杆模型(Modified softened strut and tie model, MSSTM)。使用传统SSTM模型、约束斜压杆模型和MSSTM模型分别对91个边节点受剪承载力(其中56个发生节点核心区剪切破坏)、26个边节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线进行计算。结果表明:MSSTM模型对受剪承载力以及剪应力-剪应变骨架曲线的预测效果整体优于SSTM模型和约束斜压杆模型。就承载力而言,SSTM模型、约束斜压杆模型和MSSTM模型的计算值与试验值之比的均值分别为1.028、1.203和0.995,变异系数分别为0.230、0.273和0.164。MSSTM模型计算结果更准确且离散性更小。此外,MSSTM模型可较好预测应力-应变曲线上的特征参数,尤其是峰值剪应力和开裂刚度。两者计算与试验结果比值的均值分别为1.14和1.02。     

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。     

快速加载下轴压比对RC梁柱节点抗震性能的影响

目前,梁柱节点抗震性能的研究多数为拟静力试验研究,有关梁柱节点动力试验研究相对较少。基于此,对四个梁柱节点组合体试件进行快速加载试验,以研究快速加载时轴压比对梁柱节点抗震性能的影响。此外,基于软化拉-压杆模型、库伦破坏准则、莫尔圆理论、节点组合体受力模型,推导了剪压复合受力状态下混凝土抗剪强度计算模型。研究表明:软化拉-压杆模型可用于预测节点组合体的抗剪承载力及破坏形态,混凝土抗剪强度计算模型,可用于预测考虑材料应变率效应后,轴压比对节点组合体抗剪承载力的影响规律;不同轴压比水平下,节点组合体裂缝类型和破坏形态相同,但随着轴压比的逐渐增大,节点核心区内裂缝数量不断减少,节点核心区的剪切变形及斜裂缝与竖向轴力的夹角不断减小,节点组合体严重损伤部分发生转移;相同位移水平下,正向加载的环线刚度始终大于反向加载的环线刚度;节点组合体抗剪承载力随轴压比的增大而增大,但效果不明显;轴压比增大对节点组合体耗能起有利作用。     

双向受力下钢筋混凝土框架节点抗剪承载力计算方法

《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）规定框架结构设计应保证其在两个方向分别满足抗震要求。但地震作用是多维的、随机的,框架节点可能在两个方向同时受力,使其抗震能力相比于单向地震作用可能会降低。目前对钢筋混凝土框架节点在两个方向同时受力时的抗剪承载力计算未见详尽报道。该文分析了钢筋混凝土框架节点在双向同时受力时的抗剪机理,双向受力下,节点内作用合成剪力,节点端部形成斜向受压区,节点内形成不同于单向受力下的斜向斜压杆。基于拉压杆模型建立了双向受力下框架节点的抗剪承载力计算方法,其计算结果与已有试验结果吻合良好。     

钢筋混凝土变梁中节点的简化分析模型

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中节点的破坏过程和破坏特点。在试验研究的基础上,通过建立平衡方程、运动方程和物理方程对框架节点进行受力分析,建议了考虑梁高不等特性的中节点等效核心区的简化计算模型,并应用该模型对变梁中节点进行受力分析。研究结果表明:该文建议模型计算得到的剪应力与剪切变形的关系曲线与试验结果吻合较好。     

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。     

T形截面柱框架节点试验及非线性有限元分析

对6个T形截面柱框架节点试件进行了试验,分别以梁截面高度、柱轴压比和节点区水平箍筋体积配箍率为变量参数,研究了节点区裂缝的形成与开展、节点的破坏机理;提出在低周期反复荷载作用下T形柱框架节点的裂缝呈反“K” 型,而不是类似于常规矩形节点的“X”型交叉裂缝,其受力机理偏于较陡的斜压杆受力模型;运用大型通用有限元软件ANSYS的二次开发语言APDL对T形截面柱节点进行非线性有限元分析,结果表明离散型非线性有限元模型计算结果与试验结果有很好的吻合。改变有限元程序参数使节点发生核心区剪压破坏,对节点裂缝的形成与开     

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。     

梁高不等的钢筋混凝土中节点抗剪性能研究

进行了6个1/3比例梁高不等的钢筋混凝土中节点试件的低周反复荷载试验,分析了该类中节点的破坏特点和骨架曲线等力学性能;在试验研究的基础上,建立了考虑梁高不等特性的中节点的等效核心区在压剪复合作用下的计算模型,应用改进斜压场理论(MCFT)对等效核心区进行了受力分析。研究表明:该类节点通裂荷载与极限荷载比较接近,初裂出现在小梁上柱组成的小核心区,最终破坏区域主要发生在大梁下柱组成的大核心区;作为梁柱组合体而言,该类非常规节点抗震耗能能力较差;该文建议模型计算得到的剪应力与剪切变形的关系曲线与试验结果吻合较好。     

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。     

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。     

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。     

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。     

钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁连接节点抗震性能的机理分析

钢管混凝土结构因其具有良好的延性等抗震性能,在地震荷载作用下,具有较强的抗倒塌能力,使其在工程实践中得到广泛的应用。该文在已有的有限元数值分析模型基础上,通过将不同轴压比下方形和圆形钢管混凝土柱-钢筋环绕式钢筋混凝土梁连接节点的计算滞回曲线、骨架线与试验滞回曲线相比较,验证有限元模型并揭示节点的抗震特性。通过对典型轴压比下钢管混凝土结构节点的工作机理分析,研究受力全过程中节点裂缝和变形发展过程,明确节点极限状态和破坏模态;揭示节点核心区混凝土约束力、钢筋应变、核心区剪力的变化规律。基于比较不同轴压比下节点极限状态的核心混凝土应力和核心区剪力状态,确定轴压比对节点破坏模态的影响。     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点抗剪承载力研究

为研究型钢再生混凝土柱-钢梁（SRRC柱-S梁）组合框架节点的抗剪承载力,该文对8个组合框架节点试件进行低周反复荷载试验,观察试件破坏过程及破坏形态,获得各加载阶段试件中型钢和钢筋的应变,分析再生粗骨料取代率和轴压比对节点抗剪承载力的影响规律。结果表明:节点抗剪承载力随取代率的增大而降低,但降低幅度不大;适当增大轴压比可以提高节点的抗剪承载力;试件屈服前,节点剪力主要由核心区再生混凝土承担;屈服后型钢腹板和箍筋起主要抗剪作用。在此基础上,分析节点区受力机理,推导型钢腹板、箍筋和再生混凝土各部分抗剪计算方法,最后通过叠加法建立该节点的抗剪承载力公式,计算结果与试验结果吻合较好,研究结果可为型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点的工程应用提供参考。     

传统风格建筑圆钢管柱-箱形截面双梁节点受力性能试验研究与承载力计算

为研究传统风格建筑圆钢管柱-箱形截面双梁节点受力性能,对传统风格建筑圆钢管柱-箱形截面双梁中节点和边节点进行低周反复加载试验,分析了双梁-柱节点的破坏特征及影响因素。研究结果表明:传统风格建筑圆钢管柱-箱形截面双梁节点的破坏模式主要是下梁与大柱形成的核心区（3区）发生剪切屈服,上梁、下梁与大柱所形成的区域（2区）发生压弯破坏,部分焊缝及其热影响区的母材开裂;轴压比为0.3试件的极限承载力均高于轴压比为0.6的节点试件;相同轴压比下中节点试件的承载力高于边节点试件。给出了节点核心区2区压弯承载力验算公式并推导了节点核心区3区抗剪承载力计算公式,经与试验结果相比较,吻合较好。     

传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点抗震性能试验研究及有限元分析

设计并制作了4个比例为1:2的传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点模型,通过低周反复荷载试验研究其抗震性能,得到了传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点的破坏形态、滞回特性、延性等指标。研究表明:传统风格建筑钢结构双梁-柱中节点试件在加载过程中形成了上、下2个小核心区和中间短柱三个区域,其典型破坏形态是节点下核心区在压剪复合应力作用下的剪切破坏。试件变形以下核心区最大,其次为中间短柱。基于试验研究,利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值模拟分析,得到的节点破坏形态、应力分布及滞回曲线与试验结果较为吻合。     

基于修正拉-压杆模型的型钢混凝土深梁受剪承载力分析

在型钢混凝土深梁抗剪性能试验基础上,基于修正拉-压杆理论,考虑拉杆分力对受剪承载力的有利影响,采用型钢混凝土深梁的受压区高度作为上部节点高度,并对型钢翼缘和腹板进行合理简化,建立了型钢混凝土深梁的修正拉-压杆模型,推导了型钢混凝土深梁受剪承载力计算公式。将该文提出计算方法与ACI规范拉-压杆模型以及中国规范的计算方法进行比较可得:1）该文建立的修正拉-压杆模型,能较好反映型钢混凝土深梁的剪切传力机理和破坏模式,其受剪承载力计算值与试验结果吻合较好;2）采用JGJ 138-2001计算型钢混凝土深梁的受剪承载力偏低,离散性较大;按YB 9082-2006计算剪跨比大于2的构件受剪承载力偏于不安全。     

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。