高轴压比高剪压比框架矩形及圆形柱中间层中节点抗震性能试验研究

摘要

本文通过对按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）设计的三个在高轴压比、高剪压比状态下的矩形截面柱平面框架中间层中节点和三个在高轴压比、高剪压比状态下的圆形截面柱平面框架中间层中节点的低周交变加载试验，着重研究了在高剪压比状态下轴压比对节点抗震性能的影响，梁筋在节点中的粘结及滑动规律，节点水平箍筋各肢的受力规律以及组合体的滞回耗能及刚度退化规律。所针对的具体问题以及主要结论如下： ① 根据高轴压比、高剪压比矩形截面柱节点的试验结果，对现行规范规定的作用剪力上限的有效性进行了验证、分析； ② 梁筋贯穿段的粘结滑移特征对节点抗震性能有较重要影响，通过较精确的实测结果明确了不仅轴压比及组合体位移延性水准对粘结规律有较重要的影响，剪压比也是影响粘结规律的重要因素之一。并在以往研究的基础上拟合出矩形截面柱中间层中节点梁筋贯穿段平均粘结应力与组合体位移延性系数μΔ、轴压比n和剪压比v的定量关系； ③ 经试验结果确认，对于高剪压比节点，轴压比的增大对组合体延性性能有不利影响，故建议适度调整现行设计规范的抗震抗剪公式，使节点配箍量能在高剪压比范围内随轴压比的增大进一步有所提高； ④ 对规范节点抗剪公式中直交梁约束影响系数ηj取值的合理性作了分析讨论，建议在各种情况下ηj的取值均不宜超过1.2； ⑤ 试验证明在圆形截面柱节点中，虽然中间及边侧梁筋贯穿节点的长度不同，但在各个圆形截面柱节点试件中各根梁筋均具有较好的同步受力性能，并能发挥出各根钢筋的抗拉能力。为了保证在不同受力阶段，处于不同位置的梁筋均能保持共同工作，建议梁筋直径均应满足db≤D/25的要求； ⑥ 对比了在几近相同的条件下，在各个不同受力阶段，圆形截面柱节点中的箍筋与矩形截面柱节点箍筋对节点抗剪能力的形成所发挥作用的异同。在节点受力前期，节点作用剪力主要由桁架机构传递，圆形箍抗剪作用不如同条件矩形柱节点的矩形箍筋强；在组合体非弹性变形较大的加载后期，梁筋粘结明显退化，桁架作用减小，圆箍的约束作用明显优于矩形箍。 ⑦ 根据此前和本文完成的七个圆形截面柱节点试件的试验结果，指出了现行设计规范中圆形截面柱节点抗剪公式存在的问题，并给出了更为合理的圆柱节点抗震抗剪设计建议公式，为今后完善规范中的圆柱节点抗震设计公式提供了参考。