节点区非弹性变形的统计规律及对RC框架强震反应的影响

摘要

钢筋混凝土框架节点试验表明，梁端屈服后，随着位移延性的增加，梁端弯曲裂缝由变宽到逐渐闭合，节点内纵筋滑移和节点剪切变形引起的梁端附加转角逐渐成为梁端总转角的主要组成成分，到节点剪切破坏时，这一比例可达到50％以上。节点区的这种非弹性变形对框架结构在强烈地震地面运动作用下的反应有什么影响，是节点试验难以回答的问题。
　　本文针对上述问题进行以下四个方面的研究工作：
　　①收集国内39个钢筋混凝土平面框架中间层中间节点、12个钢筋混凝土平面框架中间层边节点试验数据。验证了悬臂梁模型计算梁端纵筋应力的可行性，得到梁端纵筋应力与节点内纵筋滑移量的对应关系，提取了基于试验结果的节点内纵筋应力-纵筋滑移量本构模型。
　　②将计算得到的纵筋应力与纵筋滑移量试验数据进行非线性拟合，得到能够考虑各主要节点参数的纵筋应力-滑移本构模型定参方法，此本构模型定参仅考虑了节点内纵筋滑移。进行了13个不同节点参数的中间层中间节点和4个不同节点参数中间层边节点试验模拟，验证了此定参方法的可靠性。
　　③将计算得到的纵筋应力与滑移量、节点剪切变形试验数据进行非线性拟合，得到能够考虑各主要节点参数的纵筋应力-滑移_节点剪切本构模型定参方法，此本构模型定参同时考虑节点内纵筋滑移和节点剪切变形。进行了13个不同节点参数的中间层中间节点和4个不同节点参数中间层边节点试验模拟，验证了此定参方法的可靠性。
　　④按不考虑节点内纵筋滑移和节点剪切变形、仅考虑节点内纵筋滑移、同时考虑节点内纵筋滑移和节点剪切变形三种方法分别计算配置HRB400钢筋的平面框架模型在强烈地震地面运动下的非线性动力反应，对比了整体反应、塑性铰分布规律及杆端截面滞回规律。
　　本论文主要结论如下：
　　①采用在梁端附加零长度截面单元同时考虑节点内纵筋滑移和节点剪切变形的模型化方法能够较准确地模拟节点试验中梁柱组合体受力和变形性能，此模型化方法定参考虑了主要节点参数影响，能够方便地用于框架非线性动力反应分析。
　　②在8条地震波输入下，考虑纵筋滑移和节点剪切变形后，结构基底剪力减小21.1%,梁端塑性铰出铰率减小80%,柱端塑性铰出铰率减小61%。
　　③当按照常规分析方法（不考虑纵筋滑移和节点剪切变形）计算得到的最大层间位移角不超过0.02时，可以不考虑节点内纵筋滑移及节点剪切变形；当按照常规分析方法（不考虑纵筋滑移和节点剪切变形）计算得到的最大层间位移角超过0.02时，应该考虑纵筋滑移和节点剪切变形，否则计算结果中的顶点最大位移和最大层间位移角结果是偏不安全的。
　　④在8条地震波输入下，严格按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）和《混凝土结构设计规范》（GB50010-2011）设计的框架未出现节点试验中的节点构件失效及节点剪切破坏。

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1 绪 论

1.1 钢筋混凝土节点内纵筋粘结滑移及节点剪切变形研究现状

1.2 本文的主要目的

1.3 本文的研究内容

2 基于纤维模型的节点区非弹性变形模型化方法

2.1 考虑节点内纵筋滑移和节点剪切变形的模型化方法

2.2 纵筋应力-滑移_节点剪切OpenSees材料模型

2.3 混凝土本构模型

2.4 钢筋本构模型

3 验证悬臂梁模型计算梁端纵筋应力的可行性

3.1 计算节点梁端纵筋应力

3.2 四种悬臂梁模型计算结果对比验证

3.3 计算纵筋应变与试验实测值对比验证

3.4 本章节结论

4 中间层中间节点内纵筋应力-滑移本构模型及验证

4.1 试验数据来源

4.2 纵筋应力-滑移本构模型

4.3 验证纵筋应力-滑移本构模型

4.4 本章节结论

5 中间层边节点内纵筋应力-滑移本构模型及验证

5.1 试验数据来源

5.2 纵筋应力-滑移本构模型

5.3 验证纵筋应力-滑移本构模型

5.4 本章节结论

6 考虑纵筋滑移和节点剪切变形的钢筋混凝土节点试验模拟

6.1 纵筋应力-滑移_节点剪切本构模型

6.2 验证纵筋应力-滑移_节点剪切本构模型

6.3 本章节结论

7 钢筋混凝土平面框架非线性分析

7.1 钢筋混凝土框架结构设计

7.2 建立OpenSees有限元模型

7.3 地震波记录来源及控制条件

7.4 结构非线性计算结果

7.5 本章节结论

8 结 语

8.1 主要的研究内容和结论

8.2 展望

致谢

参考文献

附 录