高性能鋼纖維混凝土節(jié)點(diǎn)受剪與抗震性能研究

通過高性能鋼纖維混凝土梁柱邊節(jié)點(diǎn)、中節(jié)點(diǎn)和板柱節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究和理論分析，探討鋼纖維對(duì)節(jié)點(diǎn)受剪性能和抗震性能的影響，分析鋼纖維摻入方式、鋼纖維體積率、混凝土強(qiáng)度等級(jí)等因素對(duì)高性能鋼纖維混凝土節(jié)點(diǎn)抗裂性能、受剪承載力、延性和耗能能力等的增強(qiáng)和增韌效果，提出高性能鋼纖維混凝土進(jìn)入相鄰梁和柱、板和柱的適宜深度值、保證節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋不擁擠的適宜鋼纖維體積率以及高性能鋼纖維混凝土節(jié)點(diǎn)的截面限制條件，建立高性能鋼纖維混凝土節(jié)點(diǎn)受剪承載力的計(jì)算模型和設(shè)計(jì)方法以及恢復(fù)力計(jì)算模型和計(jì)算方法，為進(jìn)一步完善我國的纖維混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程提供試驗(yàn)依據(jù)和理論支撐。本項(xiàng)目對(duì)完善和發(fā)展鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)理論、推廣新材料在工程中的應(yīng)用具有較大的理論和實(shí)際意義。 2100433B

本項(xiàng)目研究工作按計(jì)劃完成。 基于項(xiàng)目研究需要，開展了多類鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究，具體包括：(1) 不同連接類型的鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)。分析了環(huán)板連接寬度對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響。（2）鋼管混凝土疊合柱-鋼梁平面節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)。分析了關(guān)鍵參數(shù)，如軸壓比、梁-柱線剛度比和承載力比對(duì)節(jié)點(diǎn)破壞模態(tài)和承載能力的影響。（3）鋼管混凝土疊合柱-鋼梁空間節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)。研究了空間節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)、承載能力和內(nèi)力、變形發(fā)展規(guī)律。建立了考慮材料在往復(fù)荷載下的損傷、不同部位材料本構(gòu)和鋼-混凝土相互作用的節(jié)點(diǎn)精細(xì)化有限元分析模型，并用典型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。利用驗(yàn)證的有限元模型，分析了關(guān)鍵參數(shù)影響因素，如核心區(qū)軸壓比、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)性質(zhì)，連接構(gòu)造、樓板等對(duì)鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響。提出了該類節(jié)點(diǎn)的傳力機(jī)理和關(guān)鍵參數(shù)影響規(guī)律。通過參數(shù)分析，提出了鋼管混凝土疊合構(gòu)件剛度和變形簡(jiǎn)化計(jì)算方法，建立了鋼管混凝土疊合構(gòu)件的荷載-變形滯回關(guān)系模型，用于鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點(diǎn)宏觀單元的建立。此外結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求，還開展了鋼管混凝土斜柱-鋼梁連接節(jié)點(diǎn)的抗震性能試驗(yàn)，以及鋼管混凝土構(gòu)件拉彎性能試驗(yàn)，研究其承載力實(shí)用計(jì)算方法。綜合上述研究成果，提出了鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點(diǎn)的抗震性能評(píng)價(jià)方法以及設(shè)計(jì)建議。 本項(xiàng)目的研究成果可為有關(guān)工程應(yīng)用和設(shè)計(jì)規(guī)程的制訂提供依據(jù)。結(jié)合項(xiàng)目研究工作，發(fā)表或收錄期刊論文4篇（均為國際SCI期刊論文），重要國際和國內(nèi)會(huì)議論文4篇（EI收錄1篇），其中1篇會(huì)議論文獲第24屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)。獲得授權(quán)國家實(shí)用新型專利2項(xiàng)。本項(xiàng)目研究有博士研究生1名和碩士研究生2名參加了工作。 2100433B

鋼管混凝土疊合柱是以鋼管混凝土為核心，在外圍綁扎鋼筋并澆筑混凝土而形成的一種構(gòu)件。這類構(gòu)件形式已經(jīng)在國內(nèi)數(shù)十座高層和超高層建筑中得到了應(yīng)用。在實(shí)際工程中鋼管混凝土疊合柱常和鋼梁或混凝土梁連接形成梁柱節(jié)點(diǎn)。而目前關(guān)于鋼管混凝土疊合節(jié)點(diǎn)抗震性能的研究還比較少。因此，開展該方面的研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。.本項(xiàng)目深入研究鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點(diǎn)的抗震性能。開展該類節(jié)點(diǎn)在柱頂恒定軸壓力、梁端往復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)研究，分析節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)、承載能力和內(nèi)力、變形發(fā)展規(guī)律。建立考慮材料損傷和鋼-混凝土相互作用的節(jié)點(diǎn)精細(xì)化有限元分析模型。分析重要影響因素，如核心區(qū)軸壓比、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)性質(zhì)、連接構(gòu)造、樓板等對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響。建立節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪力-剪切變形關(guān)系和梁端彎矩-轉(zhuǎn)角關(guān)系滯回模型，建立基于纖維梁柱單元的宏觀節(jié)點(diǎn)單元模型。在此基礎(chǔ)上提出鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點(diǎn)的抗震性能評(píng)價(jià)方法以及設(shè)計(jì)建議。

異形柱框架結(jié)構(gòu)能夠有效解決普通方矩形柱框架結(jié)構(gòu)室內(nèi)柱角外露的不足，改善室內(nèi)環(huán)境觀瞻，提高室內(nèi)空間使用效率。普遍應(yīng)用的異形鋼筋混凝土柱由于柱肢較薄，對(duì)節(jié)點(diǎn)抗剪承載力不利，限制了其在高設(shè)防烈度地區(qū)的應(yīng)用，相同設(shè)防烈度下房屋最大高度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通框架結(jié)構(gòu)。異形鋼管混凝土柱框架節(jié)點(diǎn)憑借鋼和混凝土的組合效應(yīng)能夠有效改善節(jié)點(diǎn)抗震性能，目前研究尚處于起步階段。本項(xiàng)目將進(jìn)行T形鋼管混凝土柱框架節(jié)點(diǎn)的抗震性能試驗(yàn)，研究節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理、破壞模式和力學(xué)性能指標(biāo)，考察軸壓比、腹板肢長、鋼管含鋼率、混凝土強(qiáng)度等級(jí)等參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響規(guī)律，評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)抗震性能的優(yōu)勢(shì)和不足。在試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)有限元建模計(jì)算，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)影響分析，提出節(jié)點(diǎn)抗剪承載力簡(jiǎn)化計(jì)算公式和節(jié)點(diǎn)低周往復(fù)加載恢復(fù)力模型，并給出工程應(yīng)用設(shè)計(jì)方法。