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钢筋混凝土框架变梁异型节点破坏机理及设计方法研究

邢国华  
【摘要】: 随着国民经济的快速发展,钢筋混凝土广泛应用于大型、大跨结构,梁柱截面发生变化的框架异型节点广泛出现。该类非规则节点的特点在于节点核心处两侧梁截面和上下柱截面尺寸变化较大,其受力特征明显不同于常规节点。我国现行规范中有关该类节点给出的处理规定,仅仅是从经验或者概念意义上的考虑所得,缺乏充足的试验依据和深入的理论分析。本文重点对该类框架异型节点的力学性能进行研究。研究工作主要涉及以下几个方面: 1.对10个钢筋混凝土框架异型节点试件分两批进行伪静力试验研究,以全面了解该类非规则节点的抗震性能,分析组合体梁柱尺寸变化、轴压比、配箍率等参数对其受力性能的影响。试验研究表明:异型节点试件通裂阶段与极限阶段非常接近,对于包含异型节点的框架结构,建议按通裂阶段作为极限状态进行抗震设计;现行规范建议方法应用于框架异型节点设计时存在安全隐患,按照常规节点设计的异型节点试件难以满足刚性节点的要求。 2.根据节点区左、右梁高差变化与框架柱截面高度的相对关系,将钢筋混凝土框架异型节点划分为两类,并提出了计算两类异型节点特性的建议公式。 3.在试验研究的基础上,重点分析了异型中节点的破坏过程和破坏特点,结合异型中节点左右梁高不等的特性提出等效斜压杆机理,并以该破坏机理为基础,提出了一种预测异型节点区强度和变形的新模型,与试验结果对比吻合良好。 4.在试验研究的基础上,建立了考虑梁高不等特性的中节点等效核心区在剪、压复合作用下的计算模型,应用三种混凝土构件抗剪基本理论对等效核心区进行了受力分析,并对三种理论的计算结果进行对比。分析表明:基于改进斜压场理论计算得到的剪应力与剪切变形关系曲线与异型节点试验结果吻合较好,同时该理论模型与大量框架节点试验结果对比吻合良好; 5.鉴于现行规范建议的节点抗剪能力计算方法均为基于试验资料的半经验公式,缺乏合理理论模型支撑,本文对两种基于受力平衡的节点抗剪模型进行对比分析,并与大量无扭矩作用的框架节点试验结果对比吻合较好。结果表明:软化拉压杆模型(S-S-T Model)理论计算值与试验结果较为接近,与现行规范建议设计方法的计算结果相当,但软化拉压杆模型能更好地反映节点的受力性能,较为合理的解决了现行规范建议公式相关条款没有明确理论模型支撑的难题。 6.在试验研究和理论分析的基础上,提出了比现行规范控制水准较严的异型节点的抗震设计方法及相应的构造措施,以确保该类非规则框架节点的安全可靠。


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