内置角钢改进夹心节点抗震性能研究与抗剪承载力计算

梁柱采用不同强度混凝土的节点核心区通常采用同柱等强的高强度混凝土浇筑（传统节点）,而采用同梁等强的低强度混凝土浇筑（夹心节点）可简化施工过程,但同时降低了节点的抗震性能。为研究内置角钢改进夹心节点的可行性,通过一个空间夹心节点和一个内置角钢空间夹心节点试件进行双向等幅低周往复试验研究,对比分析了破坏模式、延性、耗能、刚度、应变和抗剪承载力等方面的差异。结果表明:采取改进和不采取改进措施节点破坏模式均以梁端屈服后的节点破坏为主,但采取改进措施的试件延性和抗剪承载力明显提高,耗能能力、刚度退化和变形能力有一定改善,表明改进措施改善了节点的抗震性能。最后在此基础上,给出了与该文和其他文献试验结果吻合较好的采取或者不采取改进措施夹心节点抗剪承载力计算公式。     

钢骨混凝土异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为了研究钢骨混凝土异形柱-钢梁节点的抗震性能,进行了4个T形钢骨混凝土柱-钢梁节点和4个L形钢骨混凝土柱-钢梁节点的拟静力试验。试验考虑了混凝土强度等级、核心区配箍率和轴压比等参数的影响,对骨架曲线、承载力、核心区剪切变形、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明,在低周往复荷载作用下,钢骨混凝土异形柱-钢梁框架节点滞回曲线饱满,表现出良好的延性性能和耗能能力,典型破坏形态为节点核心区剪切斜压破坏和节点区焊缝失效破坏;高轴压力下节点具有较高的承载能力但延性性能降低;混凝土强度越高,节点承载能力越大,但延性性能越差;增大核心区配箍率对试件的延性和承载力有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力。     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点抗剪承载力研究

为研究型钢再生混凝土柱-钢梁（SRRC柱-S梁）组合框架节点的抗剪承载力,该文对8个组合框架节点试件进行低周反复荷载试验,观察试件破坏过程及破坏形态,获得各加载阶段试件中型钢和钢筋的应变,分析再生粗骨料取代率和轴压比对节点抗剪承载力的影响规律。结果表明:节点抗剪承载力随取代率的增大而降低,但降低幅度不大;适当增大轴压比可以提高节点的抗剪承载力;试件屈服前,节点剪力主要由核心区再生混凝土承担;屈服后型钢腹板和箍筋起主要抗剪作用。在此基础上,分析节点区受力机理,推导型钢腹板、箍筋和再生混凝土各部分抗剪计算方法,最后通过叠加法建立该节点的抗剪承载力公式,计算结果与试验结果吻合较好,研究结果可为型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点的工程应用提供参考。     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架中节点受剪性能分析

基于ABAQUS平台,建立了预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土叠合柱框架中节点精细化数值有限元模型,计算得到了柱顶水平荷载-位移滞回和单调加载曲线。在对比计算单调加载和实测滞回曲线基础上,研究了节点在柱顶水平荷载下的破坏全过程,细致考察了框架中节点的混凝土、型钢骨架、钢筋骨架以及预应力筋的应力状态,探讨了此类框架节点的破坏机理;基于参数分析结果,研究了轴压比、预应力度、核心区钢管配钢率和配箍率对节点柱顶水平荷载-位移曲线和核心区剪力-剪切变形的影响,提出了节点核心区受剪承载力计算公式。研究结果表明,当节点试件水平荷载达到峰值点时,核心区钢管、箍筋及预应力筋均达到屈服,核心区混凝土被压碎,此时可作为节点核心区抗剪承载力计算的标志;提出的节点核心区的抗剪承载力计算公式,可供工程设计参考。     

传统风格建筑圆钢管柱-箱形截面双梁节点受力性能试验研究与承载力计算

为研究传统风格建筑圆钢管柱-箱形截面双梁节点受力性能,对传统风格建筑圆钢管柱-箱形截面双梁中节点和边节点进行低周反复加载试验,分析了双梁-柱节点的破坏特征及影响因素。研究结果表明:传统风格建筑圆钢管柱-箱形截面双梁节点的破坏模式主要是下梁与大柱形成的核心区（3区）发生剪切屈服,上梁、下梁与大柱所形成的区域（2区）发生压弯破坏,部分焊缝及其热影响区的母材开裂;轴压比为0.3试件的极限承载力均高于轴压比为0.6的节点试件;相同轴压比下中节点试件的承载力高于边节点试件。给出了节点核心区2区压弯承载力验算公式并推导了节点核心区3区抗剪承载力计算公式,经与试验结果相比较,吻合较好。     

局部采用纤维增强混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为了提高梁柱节点受剪承载力、变形能力及耗能能力,同时避免节点钢筋拥挤而导致的施工困难,采用纤维增强混凝土(FRC)代替普通混凝土作为节点核心区基体材料,考虑轴压比和节点核心区配箍率的影响,进行了7个FRC梁柱节点和1个钢筋混凝土(RC)梁柱节点对比试件的拟静力试验,分析其破坏形态、承载力、变形能力、耗能能力、节点核心区剪应力-剪应变曲线和梁端塑性铰区弯矩-转角曲线。结果表明,在节点核心区主斜裂缝出现前,试件已具有很高的受剪承载力和变形能力;当轴压比试验值为0.07~0.28时,随着轴压比增大,FRC试件的受剪承载力、侧向变形能力、耗能能力及节点核心区的剪切强度和剪切变形能力增加;增加节点核心区配箍率,承载力退化有所减缓;FRC试件梁端塑性铰转动能力有较大提高。     

动力荷载下传统风格建筑双梁-柱节点抗震性能试验研究

为研究传统风格建筑混凝土双梁-柱节点的破坏特征及抗震性能,进行了2个节点试件的动力循环加载试验,包括一个典型传统风格建筑混凝土双梁-柱节点和一个单梁-柱节点。观察了节点试件的受力过程及破坏特征,研究了试件的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、刚度及承载力退化、延性和耗能能力,并对其破坏模式进行了分析。研究结果表明:相对于单梁-柱节点,传统风格建筑混凝土双梁-柱节点承载力和刚度较高,其耗能能力和位移延性略小于单梁-柱节点;两者刚度退化规律基本一致。总体上,传统风格建筑混凝土双梁-柱试件的变形及耗能能力较强,抗震性能良好。在试验研究的基础上,利用ABAQUS软件对传统风格建筑混凝土双梁-柱节点进行了非线性数值模拟,研究了轴压比、混凝土强度、上下梁间距等参数对其力学性能的影响。结果表明:随混凝土强度和上下梁间距的增大,试件的承载力随之提高;随轴压比增大,试件的承载力有一定提高,但延性降低;随混凝土强度的提高,延性逐渐降低。     

偏心夹心梁柱节点低周反复加载受力性能试验研究

实际工程中梁和柱的混凝土强度经常不同,节点部位按照梁的混凝土来浇筑是这种情况下施工处理最为简便的方式,形成所谓的“夹心”节点。一些研究者就夹心节点在单调加载和低周反复加载下的性能进行了研究,但对夹心节点同时又存在梁柱偏心的情况还没有研究先例。该文完成了3个偏心夹心梁柱节点的低周反复加载试验,并分析了其节点区抗剪承载力、破坏特征、滞洄耗能等性能。结果表明:此类偏心夹心节点具有良好的承载能力和抗震性能,并且在节点区布置X筋替代部分箍筋是可行的,但梁筋在节点区的锚固性能较弱,需采取控制措施。     

纤维增强混凝土梁柱节点受剪承载力计算

将纤维增强混凝土(FRC)梁柱节点在地震作用下的抗剪机制简化为约束斜压杆机制和桁架机制的综合作用,约束斜压杆机制由节点核心区FRC和箍筋共同作用形成的约束FRC抵抗,桁架机制由节点核心区梁、柱纵筋与周围FRC之间的粘结力承担。考虑这两种机制在受剪承载力机制中的比例,推导出FRC梁柱节点受剪承载力计算公式。将所收集到的28个FRC梁柱节点试件受剪承载力试验值与计算值进行比较,二者之比的平均值为1.04,变异系数为0.08,验证了受剪承载力计算模型的合理性。     

基于简化拉-压杆模型的钢筋活性粉末混凝土框架边节点受剪承载力研究

对5个中间层钢筋活性粉末混凝土框架边节点试件进行了拟静力加载试验,得到了此类节点的破坏过程和破坏特点,明确了各阶段剪力的传递和分配。在试验研究的基础上,采用简化拉-压杆模型并考虑纤维抗拉拔阻力的有利作用,建立了钢筋活性粉末混凝土框架边节点在复合作用下的受剪承载力计算模型,并通过试验验证了此模型的可行性。结果表明:按照此模型计算得到的节点核心区受剪承载力与试验实测值吻合较好,离散度较小,其值与试验实测值的平均比值为1.05,变异系数为0.11;而且此模型亦能较合理地反映轴压比、配箍率及纵筋强度对节点受剪承载力的影响。     

Seismic performance and prediction equations of sandwich beam-column joints subjected to skew cyclic loads

To study the seismic performance of sandwich beam-column joints constructed with high strength concrete column and normal strength concrete floor system and joint regions, four specimens with different column to beam concrete strength ratios (α) were tested under skew cyclic loads. The performance indices of the specimens including the failure mode, ductility, energy dissipation were compared and analyzed. The results show that the failure modes of the sandwich joints are in form of joint shear failure after yielding of the beam, while the ductility coefficient is found to be greater than 3.0. Compared to the joints with low concrete strength ratios α, the specimen with a high concrete strength ratio α features larger deformation at the joint. Based on the softened strut-and-tie model, a set of shear strength prediction equations for the sandwich beam-column joint, taking into account the effects of the concrete strength ratio α, floor slabs and plastic region of beams, is proposed. Comparison of the present tests against the published literature confirms that the shear strength of the sandwich joints can be well predicted by the proposed model.     

PEC柱-异形钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究PEC柱（partially encased concrete composite column）-型钢梁框架中节点破坏特征及抗震性能,完成了3个PEC柱-型钢梁中节点及1个钢框架梁柱中节点对比试件的低周往复加载试验。分析了试件中节点的破坏形态、滞回耗能、承载能力、延性性能、强度退化、刚度退化、节点域力学机理,研究了轴压比及梁截面变化对该类中节点抗震性能的影响。研究结果表明:PEC柱-型钢梁中节点滞回曲线呈纺锤形,具有钢框架节点的力学特性;型钢柱内部填充混凝土后试件初始刚度、承载力分别提升约40%、31.1%,且试件仍具有较好的延性性能及耗能能力;当轴压比试验值为0.25~0.35时,随着轴压比增加,试件承载力显著增加,延性性能有所下降,耗能能力则有所提升;试件均为梁弯曲破坏,损伤程度无明显变化。改变柱一侧梁的截面尺寸后,试件的承载能力、延性性能有一定提升,耗能能力、强度及刚度退化规律无明显影响,但PEC柱-变截面型钢梁中节点发生节点核心区剪切破坏,主要原因为改变柱一侧梁截面高度后,造成节点域输入剪力增大所致。按常规节点设计的变截面梁中节点不能满足"强节点弱构件"的抗震设计要求,在进行工程设计时应予以重视。     

钢骨高强混凝土边节点抗震性能试验研究

进行了5个低周期反复荷载下钢骨高强混凝土柱与钢筋高强混凝土梁边节点试验,分析了其破坏模式与受力性能,明确该类节点的滞回曲线特征,得到其延性系数和等效粘滞阻尼比系数,该类节点延性系数、等效阻尼比系数比钢筋高强混凝土节点大,与钢骨普通混凝土节点比较接近。通过试验,分析了钢骨、高强混凝土及箍筋等对节点的抗剪承载力的影响,建立了该类节点的抗剪承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好。     

A comparison of engineered cementitious composites versus normal concrete in beam-column joints under reversed cyclic loading

Engineered cementitious composites (ECC) are a class of high-performance fiber reinforced cementitious composite with strain hardening and multiple cracking properties. For a reinforced concrete member, substitution of conventional concrete with ECC can significantly improve the deformation characteristics in terms of reinforced composite tensile or shear strength and energy dissipation ability. In this paper, a number of RC/ECC composite beam-column joints have been tested under reversed cyclic loading to study the effect of substitution of concrete with ECC in the joint zone on the seismic behaviors of composite members. The experimental parameters include shear reinforcement ratio in the joint zone, axial load level on the column and substitution of concrete with ECC or not. According to the test results, for the specimens without shear reinforcement in the joint zone, substitution of concrete with ECC in the joint zone cannot change the brittle shear failure in the joint zone, but can significantly increase the load capacity and ductility of the beam-column joint specimens, as well as the energy dissipation ability due to high ductility and shear strength of ECC material. For the specimens with insufficient or proper shear reinforcement ratio, substitution of concrete with ECC in the joint zone can lead to failure mode change from brittle shear failure in the joint zone to a more ductile failure mode, i.e. flexural failure at the base of the beam, with increased load capacity, ductility and energy dissipation ability. Increase of axial load on column and shear reinforcement in the joint zone have little effect on seismic behaviors of the members when they failed by flexural failure at the base of beam. In a word, the substitution of concrete with ECC in the joint zone was experimentally proved to be an effective method to increase the seismic resistance of beam-column joint specimens.     

局部采用高延性混凝土装配式框架梁-柱节点抗震性能试验研究

为了提高装配式梁柱节点的变形及耗能能力,同时简化节点核心区构造避免节点核心区钢筋拥挤而导致的施工困难,在节点局部采用高延性混凝土（HDC）代替普通混凝土。考虑轴压比和节点核心区配箍率的影响,进行了5个局部采用HDC的装配式梁柱节点和1个钢筋混凝土（RC）装配式梁柱节点的拟静力试验,分析了其破坏形态、滞回特性、变形能力、刚度退化、耗能能力和节点核心区剪切变形。结果表明:节点核心区采用HDC,破坏由节点核心区转移到梁端,实现了强节点设计原则,有效提高了框架节点的变形能力和耗能能力;节点核心区和梁端均采用HDC,梁柱节点的破坏转移到柱端,需对柱端适当加强;节点核心区采用HDC的装配式梁柱节点,可以减少甚至免去箍筋的用量。