高性能鋼纖維混凝土節(jié)點受剪與抗震性能研究項目摘要

通過高性能鋼纖維混凝土梁柱邊節(jié)點、中節(jié)點和板柱節(jié)點的試驗研究和理論分析，探討鋼纖維對節(jié)點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、混凝土強度等級等因素對高性能鋼纖維混凝土節(jié)點抗裂性能、受剪承載力、延性和耗能能力等的增強和增韌效果，提出高性能鋼纖維混凝土進入相鄰梁和柱、板和柱的適宜深度值、保證節(jié)點區(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)點的截面限制條件，建立高性能鋼纖維混凝土節(jié)點受剪承載力的計算模型和設計方法以及恢復力計算模型和計算方法，為進一步完善我國的纖維混凝土結構技術規(guī)程提供試驗依據和理論支撐。本項目對完善和發(fā)展鋼纖維混凝土設計理論、推廣新材料在工程中的應用具有較大的理論和實際意義。 2100433B

本項目研究工作按計劃完成。 基于項目研究需要，開展了多類鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點抗震性能試驗研究，具體包括：(1) 不同連接類型的鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點抗震性能試驗。分析了環(huán)板連接寬度對節(jié)點抗震性能的影響。（2）鋼管混凝土疊合柱-鋼梁平面節(jié)點抗震性能試驗。分析了關鍵參數，如軸壓比、梁-柱線剛度比和承載力比對節(jié)點破壞模態(tài)和承載能力的影響。（3）鋼管混凝土疊合柱-鋼梁空間節(jié)點抗震性能試驗。研究了空間節(jié)點的破壞形態(tài)、承載能力和內力、變形發(fā)展規(guī)律。建立了考慮材料在往復荷載下的損傷、不同部位材料本構和鋼-混凝土相互作用的節(jié)點精細化有限元分析模型，并用典型試驗結果進行了驗證。利用驗證的有限元模型，分析了關鍵參數影響因素，如核心區(qū)軸壓比、節(jié)點核心區(qū)性質，連接構造、樓板等對鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點抗震性能的影響。提出了該類節(jié)點的傳力機理和關鍵參數影響規(guī)律。通過參數分析，提出了鋼管混凝土疊合構件剛度和變形簡化計算方法，建立了鋼管混凝土疊合構件的荷載-變形滯回關系模型，用于鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點宏觀單元的建立。此外結合項目實際需求，還開展了鋼管混凝土斜柱-鋼梁連接節(jié)點的抗震性能試驗，以及鋼管混凝土構件拉彎性能試驗，研究其承載力實用計算方法。綜合上述研究成果，提出了鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點的抗震性能評價方法以及設計建議。 本項目的研究成果可為有關工程應用和設計規(guī)程的制訂提供依據。結合項目研究工作，發(fā)表或收錄期刊論文4篇（均為國際SCI期刊論文），重要國際和國內會議論文4篇（EI收錄1篇），其中1篇會議論文獲第24屆全國結構工程學術會議優(yōu)秀論文一等獎。獲得授權國家實用新型專利2項。本項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件。這類構件形式已經在國內數十座高層和超高層建筑中得到了應用。在實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。而目前關于鋼管混凝土疊合節(jié)點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用價值。.本項目深入研究鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點的抗震性能。開展該類節(jié)點在柱頂恒定軸壓力、梁端往復荷載作用下的試驗研究，分析節(jié)點的破壞形態(tài)、承載能力和內力、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)點精細化有限元分析模型。分析重要影響因素，如核心區(qū)軸壓比、節(jié)點核心區(qū)性質、連接構造、樓板等對節(jié)點抗震性能的影響。建立節(jié)點核心區(qū)剪力-剪切變形關系和梁端彎矩-轉角關系滯回模型，建立基于纖維梁柱單元的宏觀節(jié)點單元模型。在此基礎上提出鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點的抗震性能評價方法以及設計建議。

異形柱框架結構能夠有效解決普通方矩形柱框架結構室內柱角外露的不足，改善室內環(huán)境觀瞻，提高室內空間使用效率。普遍應用的異形鋼筋混凝土柱由于柱肢較薄，對節(jié)點抗剪承載力不利，限制了其在高設防烈度地區(qū)的應用，相同設防烈度下房屋最大高度也遠遠小于普通框架結構。異形鋼管混凝土柱框架節(jié)點憑借鋼和混凝土的組合效應能夠有效改善節(jié)點抗震性能，目前研究尚處于起步階段。本項目將進行T形鋼管混凝土柱框架節(jié)點的抗震性能試驗，研究節(jié)點的受力機理、破壞模式和力學性能指標，考察軸壓比、腹板肢長、鋼管含鋼率、混凝土強度等級等參數對節(jié)點抗震性能的影響規(guī)律，評價節(jié)點抗震性能的優(yōu)勢和不足。在試驗研究基礎上，進行節(jié)點有限元建模計算，并進行相關參數影響分析，提出節(jié)點抗剪承載力簡化計算公式和節(jié)點低周往復加載恢復力模型，并給出工程應用設計方法。