局部套管约束钢筋混凝土梁柱节点高轴压下抗震性能研究

摘要

套管柱是常见的抗震加固方法之一。钢套管的作用类似混凝土柱中的箍筋，可在横向与混凝土发生相互作用，因此可代替箍筋对柱进行约束和加固，施工简易；同时套管可以防止保护层脱落，为纵筋提供有效保护，防止柱纵筋的屈曲。套管柱加固方法最初用于钢筋混凝土桥梁柱抗震加固，获得了很好的成效。近年来，有学者开始将套管柱运用到新建钢筋混凝土房屋。本文对此提出局部套管约束（PSTCC）提高混凝土梁柱节点抗震性能的方法，并对节点的抗震性能进行研究。与以往的研究相比，本文研究有如下特点：1)研究的对象是新建结构中的框架柱，而非短柱；2）套管只布置在柱的塑性铰区，主要作用是取代箍筋，提供横向约束，而非以抵抗剪力的作用为主；3）柱均处于高轴压的工作状态；4）试件设计中考虑了楼板和正交梁的影响。
　　本文的研究的主要任务和成果如下：
　　①基于现有研究背景，本文进行了3个局部套管约束的钢筋混凝土梁柱节点和2个无套管约束的钢筋混凝土梁柱节点的抗震性能对比试验研究，5个试件的缩尺比例均为1/3，轴压比均为0.7。分析了有无楼板、有无套管以及套管厚度对梁柱节点抗震性能的影响。试验结果表明：采用局部套管约束能显著改善混凝土梁柱节点的位移延性，充分利用梁的抗弯承载力耗能能力，并能够一定程度的提高其极限承载能力，但对构件刚度影响不大。当考虑楼板和正交梁影响时，构件的极限承载力和位移延性都有所降低。局部钢套管的引入能够一定程度减轻楼板和正交梁带来的副作用。
　　②对5个试件进行数值模拟。对比可知，数值模拟分析能够较准确的描述试件在承受反复荷载作用下试件的滞回性能，以及获得较准确的屈服荷载和峰值荷载。数值模拟分析结果可以较好地与试验结果吻合。
　　③采用试验验证的数值模型，分别在长柱和短柱的情况下，对截面尺寸与套管厚度比（B/t）、套管长度、轴压比三个主要因素进行参数分析。分析表明，截面尺寸与套管厚度比（B/t）在30-83.3的范围内对柱约束效果最好；套管长度按照规范箍筋加密区取值可获得最优的延性和经济性；轴压比主要影响节点的延性，取值应满足规范限值。

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1 绪 论

1.1国内外研究现状

1.2本文研究的主要目的

1.3本文的主要研究内容和工作流程

2 局部套管约束梁柱节点试验方案

2.1试验目的

2.2材料性能

2.3试件设计

2.4试验装置

2.5试验加载制度

2.6测量内容及方法

3 局部套管约束梁柱节点试验现象

3.1总说明

3.2试件RCJ-1的试验现象

3.3试件PSTCCJ-1的试验现象

3.4试件RCJ-2的试验现象

3.5试件PSTCCJ-2的试验现象

3.6试件PSTCCJ-3的试验现象

3.7小结

4 局部套管约束梁柱节点试验结果分析

4.1滞回性能

4.2钢套管壁荷载-应变曲线

4.3荷载-位移骨架曲线

4.4延性与能量耗散能力

4.5强度与刚度退化

4.6 小结

5 局部套管约束梁柱节点数值模拟分析

5.1局部套管约束梁柱节点数值分析模型的建立

5.2梁和柱模拟

5.3节点模型模拟

5.4非线性求解方法

5.5各试件模拟结果

5.6小结

6 基于局部套管约束梁柱节点数值模型参数分析

6.1参数选取依据

6.2参数分析模型说明

6.3长柱参数分析主要结果

6.4短柱参数分析主要结果

6.5小结

7 结论与展望

7.1本文研究任务和主要结论

7.2建议和展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读学位期间发表的论文