高强钢筋高韧性混凝土框架节点抗震性能试验及设计方法研究

摘要

在我国大力倡导节能环保的背景下，有必要在框架梁柱节点中应用强度高、综合性能好的钢筋以及韧性高的混凝土，研究高强钢筋高韧性混凝土框架梁柱节点的受力性能、抗震性能及梁筋粘结退化性能。同时针对框架梁柱节点的薄弱问题，文中提出在框架梁柱节点核心区加入X形配筋或采用高韧性混凝土对节点薄弱部位进行增强，研究X形配筋、高韧性混凝土对节点薄弱部位的增强效果，为高性能结构进一步推广及应用提供试验及理论研究依据。 通过对配置普通钢筋高强混凝土节点、配置600MPa级高强钢筋高强混凝土框架节点、配置600MPa级高强钢筋高韧性混凝土框架节点以及X形配筋增强的高强钢筋高强混凝土节点、核心区采用高韧性混凝土进行增强的节点进行拟静力试验研究，分析节点破坏特征、节点核心区的箍筋应变、X形配筋应变及混凝土应变的变化规律、节点核心区剪切变形及梁端塑性铰变形等受力性能指标，对比节点试件的承载能力、变形能力和位移延性、滞回曲线、刚度退化、耗能能力以及累积损伤等抗震性能指标，研究梁筋应变变化、柱筋应变变化、梁筋实测滑移量以及节点段梁筋的粘结退化性能，对比分析轴压比、剪压比、配箍特征值、贯穿段梁筋相对长度、钢筋强度等级、混凝土类型对节点受力性能指标、抗震性能指标、节点段的梁筋粘结退化性能的影响，得出以下主要结论： （1）增加框架梁柱节点的配箍特征值和贯穿节点段梁筋相对长度、提高钢筋强度等级、减小节点的轴压比及剪压比、采用高韧性混凝土可以达到以下效果：改善节点核心区混凝土的剥落程度，改善节点的破坏特征，减小节点核心区剪切变形，增加梁端的塑性转角，提高节点的变形能力、延性性能以及耗能能力，改善节点的滞回特性，减轻节点的累积损伤程度，减轻节点段梁筋的粘结退化。 （2）在框架梁柱节点核心区加入X形配筋、采用高韧性混凝土进行增强的措施能够达到以下增强效果：减小节点核心区的裂缝宽度，改善节点的破坏形态，降低加载初期框架节点试件核心区的箍筋应力，减小节点核心区剪切变形，增加梁端的塑性转角，提高节点的变形能力、延性性能以及耗能能力，改善节点的滞回特性，减轻节点的累积损伤程度，减轻节点段梁筋粘结退化。 （3）X形配筋在提高节点的承载能力以及节点的抗剪能力、改善节点的滞回性能、增加节点的耗能能力、减缓节点试件的刚度退化以及减轻节点的累积损伤程度等方面效果优于高韧性混凝土。在改善节点核心区混凝土的破坏形态、提高混凝土主拉应变、提高节点的延性性能等方面，高韧性混凝土的效果优于X形配筋。在高强钢筋高韧性混凝土节点核心区加入X形配筋进行增强，由于高强钢筋与高韧性混凝土很好地协同工作以及X形配筋的增强效果，节点试件表现了良好的受力性能、抗震性能以及粘结退化性能。 基于力的平衡方程、材料本构关系、变形协调原理，建立的软化拉-压杆模型能够用于高强钢筋高韧性混凝土框架梁柱节点以及X形配筋增强的高强钢筋高强、高韧性混凝土框架梁柱节点的受剪承载力分析，进一步对软化拉-压杆模型进行简化，简化模型的实用性更强。通过国内外试验结果与模型计算结果对比分析，结果表明模型结果与试验结果吻合较好。通过分析X形配筋、高韧性混凝土对节点受剪承载力的贡献，通过梁筋粘结滑移关系考虑梁纵筋应力和相应粘结强度变化，定量分析斜压杆机制与桁架机制分配的剪力比例，建立基于约束斜压杆-软化桁架机制的梁柱节点受剪承载力模型，首次在模型中明确了X形配筋、高韧性混凝土对受剪承载力的贡献，通过国内外试验结果与模型计算结果对比分析，结果表明模型结果与试验结果吻合较好。在分析框架节点受力机理和设计方法的基础上，研究X形配筋、高韧性混凝土对框架梁柱节点的增强效果，提出X形配筋增强、采用高韧性混凝土进行增强的框架梁柱节点受剪承载力计算公式。研究结果表明，在节点核心区加入X形配筋、采用高韧性混凝土进行增强能够提高框架梁柱节点受剪承载力，对高强钢筋高强混凝土框架梁柱节点的薄弱部位具有增强作用。文中提出的高强钢筋高韧性混凝土框架节点受剪承载力公式计算值小于试验值，偏于安全。

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