T形鋼管混凝土柱框架節(jié)點抗震性能研究

本項目進行了異形鋼管混凝土柱框架節(jié)點抗震性能試驗和數(shù)值分析研究。異形柱截面包括十字形和T形兩種，均內(nèi)置對拉鋼筋加勁肋以延緩鋼管的局部屈曲，增強對核心混凝土的約束效應(yīng)。節(jié)點傳力構(gòu)造包括外環(huán)板和豎向肋板兩種，外環(huán)板將鋼梁翼緣拉力傳遞給柱鋼管腹板，雖然對建筑室內(nèi)空間略有干擾，但繼承了圓形和方形鋼管混凝土柱框架節(jié)點構(gòu)造可靠的優(yōu)勢；豎向肋板雖然傳力效果略低于外環(huán)板，但其對建筑室內(nèi)空間無干擾，符合異形柱結(jié)構(gòu)的建筑功能初衷。節(jié)點抗震試驗在MTS協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)下進行，梁、柱均取反彎點之間部分，端部邊界條件均為鉸接，在柱頂施加恒定豎向荷載和水平往復(fù)荷載。試驗中得到柱端水平荷載-位移滯回曲線、梁彎矩-轉(zhuǎn)角滯回曲線、節(jié)點核心區(qū)剪力-剪切變形曲線、梁柱彎曲變形曲線以及節(jié)點翼緣、腹板、外環(huán)板、豎向肋板應(yīng)變曲線。結(jié)果顯示兩種形式異形鋼管混凝土柱框架節(jié)點均能較為充分發(fā)揮鋼梁的抗彎性能，剛度、承載力、變形能力和耗能性能均能滿足抗震要求，其中外環(huán)板節(jié)點的承載力、延性、耗能等力學(xué)性能均略好于豎向肋板節(jié)點。各節(jié)點破壞模式均依次表現(xiàn)為鋼梁翼緣屈服-柱鋼管被拉脫開-外環(huán)板或豎向肋板與鋼梁翼緣或柱鋼管連接焊縫開裂。結(jié)合試驗研究結(jié)果，本課題還深入進行了異形鋼管混凝土柱框架節(jié)點抗震性能數(shù)值分析。應(yīng)用數(shù)值程序分析了外環(huán)板和豎向肋板形狀參數(shù)、柱軸壓比、梁剪跨比等因素對節(jié)點抗震性能的影響規(guī)律，并提出了異形鋼管混凝土柱框架節(jié)點簡化設(shè)計方法和構(gòu)造措施。本課題研究的外環(huán)板異形鋼管混凝土柱框架節(jié)點和豎向肋板異形鋼管混凝土柱框架節(jié)點具有優(yōu)良的抗震性能，能夠在高層建筑結(jié)構(gòu)和較高抗震設(shè)防烈度地區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)中得到推廣和應(yīng)用。 2100433B

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，對節(jié)點抗剪承載力不利，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遠小于普通框架結(jié)構(gòu)。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(yīng)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(xué)性能指標(biāo)，考察軸壓比、腹板肢長、鋼管含鋼率、混凝土強度等級等參數(shù)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(chǔ)上，進行節(jié)點有限元建模計算，并進行相關(guān)參數(shù)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(fù)加載恢復(fù)力模型，并給出工程應(yīng)用設(shè)計方法。

為發(fā)揮現(xiàn)代結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢，實現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)化組合與新型結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新，本項目開展PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的抗震性能研究。本項目的研究將為大型橋梁與城市高架橋的橋墩等提供新的結(jié)構(gòu)體系等提供新的結(jié)構(gòu)體系。 本項目以PVC-FRP管鋼筋混凝土柱為研究對象，重點考慮FRP條帶環(huán)箍間距、配筋率、配箍率、軸壓比、剪跨比等因素對其抗震性能的影響，提出PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的相關(guān)計算方法。（1）開展豎向荷載作用下PVC-FRP管鋼筋混凝土柱力學(xué)性能研究，提出PVC-FRP鋼筋混凝土柱承載力、變形、荷載-位移關(guān)系、彎矩-曲率關(guān)系曲線的計算方法，建立偏壓荷載作用下PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型。（2）開展低周反復(fù)荷載作用下PVC-FRP管混凝土柱抗彎性能試驗研究，深入研究PVC-FRP管鋼筋混凝土柱在低周反復(fù)荷載作用下的受力性能與破壞機理，系統(tǒng)分析試驗各因素對試件承載力、變形、滯回耗能以及抗震性能的影響.（3）開展低周反復(fù)荷載作用下PVC-FRP管鋼筋混凝土柱抗剪性能試驗研究，分析各因素對PVC-FRP管鋼筋混凝土柱抗剪性能與抗震性能的影響，研究PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的破壞形態(tài)、抗剪機理、承載力、應(yīng)變、延性和滯回曲線；（4）提出PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的抗彎承載力、抗剪承載力、延性系數(shù)和軸壓比限值的計算方法，建立PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的恢復(fù)力模型。 2100433B

本項目立足于多種結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)化組合與新型結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新，對PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的抗震性能進行研究。采用模型試驗、數(shù)值模擬與理論分析相結(jié)合的方法，深入研究PVC-FRP管鋼筋混凝土柱在低周反復(fù)荷載作用下的受力性能與破壞機理，系統(tǒng)分析FRP種類、FRP條帶方向與環(huán)箍間距、配筋率與配箍率、軸壓比、剪跨比、混凝土強度等因素對構(gòu)件承載力、變形、滯回耗能以及抗震性能的影響，提出PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的抗彎承載力、抗剪承載力、延性系數(shù)和軸壓比限值的計算方法，建立PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的恢復(fù)力模型；開展PVC與FRP粘結(jié)性能的試驗研究，揭示PVC與FRP的粘結(jié)破壞規(guī)律，提出PVC 與FRP有效粘結(jié)長度和極限粘結(jié)強度的計算方法。本項目研究將為大型橋梁與城市高架橋橋墩等提供新的結(jié)構(gòu)體系，對提高大型土木工程結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性具有重要的實際意義，同時對結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的發(fā)展也有非常重要的科學(xué)意義。