鋼骨超高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能研究.pdf

1、近年來，隨著現(xiàn)代建筑向大跨、高層方向發(fā)展，超高強(qiáng)混凝土正得到日益廣泛的應(yīng)用。超高強(qiáng)混凝土的優(yōu)異性能是具有更高強(qiáng)度和更好的耐久性，但隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，呈現(xiàn)出愈來愈顯著的脆性。建筑物梁與柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)是關(guān)系到建筑物“大震不倒”的關(guān)鍵，現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50010-2002中規(guī)定混凝土強(qiáng)度等級的適用范圍為C15～C80，《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ138-2001中混凝土強(qiáng)度范圍為C30～C60，《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)技

2、術(shù)規(guī)程》YB9082-2006中混凝土強(qiáng)度范圍為C30～C80。目前對鋼骨超高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能的研究并不多見，實(shí)際工程的需要與現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程指導(dǎo)的脫節(jié)形成的矛盾變得日益尖銳。
　　 針對上述現(xiàn)狀，本文選定C100級超高強(qiáng)混凝土為研究材料，以鋼骨超高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)為研究對象，主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的工作：
　　 (1)通過低周反復(fù)荷載作用下鋼骨超高強(qiáng)混凝土柱一鋼筋混凝土梁(SRUHSC柱RC梁)框架節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)，分

3、析試驗(yàn)參數(shù)軸壓比、配箍率和鋼骨形式對其破壞形態(tài)、滯回性能、延性、耗能、剛度和強(qiáng)度退化、荷載-應(yīng)變關(guān)系等的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：相比鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)，SRUHSC柱/RC梁框架節(jié)點(diǎn)的滯回曲線比較飽滿，外包面積大，延性較好，耗能能力較強(qiáng)；相同試驗(yàn)參數(shù)條件下，軸壓比越大或配箍越小，節(jié)點(diǎn)的延性越差，耗能較少，剛度和強(qiáng)度退化較快；內(nèi)置十形鋼骨的框架節(jié)點(diǎn)與內(nèi)置工形鋼骨的框架節(jié)點(diǎn)相比，具有較好的延性和耗能能力，剛度與強(qiáng)度退化較慢。
　　 (2)選

4、取我國應(yīng)用的較廣的另一種節(jié)點(diǎn)模型-鋼骨超高強(qiáng)混凝土柱-鋼骨混凝土梁(SRUHSC柱/SRC梁)框架節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行低周反復(fù)荷載作用下的抗震性能試驗(yàn)研究，試驗(yàn)參數(shù)考慮了軸壓比、配箍率和鋼骨形式的變化。通過試驗(yàn)實(shí)測的荷載位移曲線、破壞形態(tài)及裂縫開展情況研究了節(jié)點(diǎn)的破壞過程、破壞機(jī)理、剛度與強(qiáng)度退化、延性及耗能性能，探討了軸壓比、配箍率和鋼骨形式對節(jié)點(diǎn)受力性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，該類節(jié)點(diǎn)具有良好的延性和耗能能力；隨著軸壓比的增加或配箍率的減少，延

5、性和耗能能力有明顯降低，剛度與強(qiáng)度退化增快；內(nèi)置十形鋼骨有利于改善框架節(jié)點(diǎn)的抗震延性與耗能能力，緩減剛度與強(qiáng)度退化。
　　 (3)在SRUHSC柱/RC梁框架節(jié)點(diǎn)和SRUHSC柱/SRC梁框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了其受力機(jī)理，以及各加載階段，超高強(qiáng)混凝土、鋼骨、箍筋對節(jié)點(diǎn)抗剪承載力的貢獻(xiàn)，提出了鋼骨超高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗剪、抗裂承載能力計(jì)算公式。分析結(jié)果表明，在反復(fù)加載過程中，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪力主要由超高強(qiáng)混凝土承擔(dān)，

6、極限階段時(shí)，超高強(qiáng)混凝土承擔(dān)SRUHSC柱RC梁框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪力的88％左右，承擔(dān)SRUHSC柱/SRC梁框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪力的73％左右；軸壓比的增大，或配箍率的增大，有利于節(jié)點(diǎn)抗剪承載能力的提高，而鋼骨形式對抗剪承載能力的影響不明顯；所提出的SRUHSC柱/RC梁框架節(jié)點(diǎn)和SRUHSC柱/SRC梁框架節(jié)點(diǎn)的抗剪承載能力和抗裂承載能力的計(jì)算方法，抗剪承載能力計(jì)算值與試驗(yàn)值之比在0.91～1.02范圍內(nèi)，抗裂承載能力計(jì)算值與試驗(yàn)值之比在

7、0.89～1.05范圍內(nèi)。
　　 (4)基于試件的破壞形態(tài)，確定了鋼骨超高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)的損傷變量，建立了基于變形與強(qiáng)度退化的地震損傷模型，分析了損傷指數(shù)與加載位移的關(guān)系。通過對結(jié)構(gòu)受力過程中損傷的累積、演變的研究，對損傷發(fā)展階段進(jìn)行了分析；同時(shí)，分析了配箍率、軸壓比和鋼骨形式對鋼骨超高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)的損傷發(fā)展過程的影響。分析結(jié)果表明：所提出的地震損傷模型能較好地反映鋼骨超高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的破壞形態(tài)，可

8、較客觀的評價(jià)地震作用下該類節(jié)點(diǎn)的損傷狀況；加載中、后期，各試驗(yàn)參數(shù)對節(jié)點(diǎn)試件損傷發(fā)展的影響較明顯，軸壓比較小或配箍率較大的節(jié)點(diǎn)試件具有較小的損傷指數(shù)，損傷發(fā)展較慢，內(nèi)置十形鋼骨形式的節(jié)點(diǎn)試件損傷發(fā)展較內(nèi)置工形鋼骨形式的節(jié)點(diǎn)試件慢。
　　 (5)在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用ANSYS-APDL有限元分析軟件，對鋼骨超高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了非線性有限元分析。根據(jù)試驗(yàn)情況，對有限元模型施加邊界約束和荷載作用，通過合理的單元選取和網(wǎng)格劃分