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《重庆大学》 2010年
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RC框架夹心节点抗震性能及设计方法研究

杨治洪  
【摘要】: 对于高层建筑中普遍存在的柱混凝土强度高于梁的情况,将节点核心区按梁混凝土浇注具有简化施工过程、降低施工难度、保障施工质量、缩短工期等优势,由此形成的框架节点本文称之为夹心节点。但此类节点的抗震性能及设计方法等还未得到系统研究,其中蕴含的传力机制、破坏模式等科学问题还没有得到深刻揭示。本文对此展开研究,主要完成了下列工作: (1)完成了18个中高剪压比夹心节点的拟静力试验,对夹心节点的抗震性能进行了全面研究,内容涉及裂缝开展及试件损伤过程、失效模式、位移延性、核心区受压承载力、核心区受剪承载力、滞回耗能性能、梁筋粘结锚固性能、核心区剪切变形等方面。 (2)选取6个平面夹心中节点、3个空间夹心节点与尺寸、参数相近的传统节点进行了对比分析,明确了两类节点抗震性能的差别。 (3)总结了夹心节点主要的破坏特征和破坏模式,分析了核心区可能的破坏模式及其出现的条件,对夹心节点核心区剪力传递规律等进行了研究。 (4)依据试验结果提出了夹心节点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,基于试件承载力并结合非线性有限元模拟提出了核心区承载力验算公式。 上述研究明确了夹心节点的抗震性能、适用范围和设计方法,主要得到以下结论: (1)满足一定剪压比、轴压比、柱梁混凝土强度比及核心区配箍率的条件下,夹心节点多数可以达到3.5以上的位移延性,综合抗震性能能够满足结构抗震设计的要求,或采用一定加强措施后可以满足要求,因此工程实践中框架结构采用夹心节点是可行的。 (2)夹心节点抗震性能影响因素包括剪压比、轴压比、柱梁混凝土强度比、配箍方式、核心区约束效应、加强措施、核心区配箍率等方面,其中剪压比对试件抗震性能影响最大,是决定试件破坏模式的关键因素。 (3)夹心节点试件位移延性不低于传统节点,滞回耗能性能与传统节点相当,其他方面的性能,包括梁外端承载力、核心区抗压性能、核心区抗剪性能、梁筋粘结锚固性能等弱于传统节点。 (4)核心区按梁混凝土浇注没有明显改变框架节点的破坏模式,高剪压比夹心节点试件多数因核心区剪切破坏导致失效,中低剪压比夹心节点试件多数因梁端破坏导致失效;夹心节点核心区可能会出现轴压破坏,但不存在偏压破坏模式。 (5)夹心节点设计过程中,为达到所需的位移延性并满足承载力要求,应控制剪压比、轴压比、柱梁混凝土强度比、核心区配箍率、梁筋粘结锚固长度处于合理范围;并通过核心区受压承载力、核心区受剪承载力验算、柱端承载力验算保障试件的承载力;核心区受力较为不利时,可采取加插短筋、增设斜筋、加强约束效应等加强措施。 (6)夹心节点受压验算采用的核心区混凝土折算受压强度应体现不同类型节点约束效应的差别;受剪验算时,低剪压比试件核心区配箍与传统节点相同,中高剪压比试件通过增加核心区箍筋弥补混凝土强度降低引起的受剪承载力损失。
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