超高性能混凝土框架节点抗震设计及性能提升关键技术

A large number of post-earthquake disaster investigations have confirmed that the RC frame structure always shows serious joint failure mode when it suffered a strong earthquake, and even the failure mode of “strong-joint, weak-element” required in the design specifications could not occur. Meanwhile, China has vigorously promoted the development of prefabricated buildings in recent years and put forward new high requirements for the seismic performance of prefabricated building joints. Therefore, it is necessary to investigate the methods to improve the seismic performance of frame joints from structural design, construction measurement and material properties. Improving properties of materials one of the fundamental methods to improve the seismic performance of frame joints. Ultra-high-performance concrete is one cement-based composite that has excellent mechanical properties and its main properties are much higher than that of ordinary strength concrete. Therefore, it is reasonable to improve the seismic performance of the frame joints by replacing ordinary strength concrete though ultra-high-performance concrete. However, the investigations on the seismic performance of ultra-high-performance concrete frame joints are still limited at present. In addition, there is also no corresponding design guidance for ultra-high-performance concrete structures in the current seismic design standards. It greatly limits the application of ultra-high-performance concrete in the field of earthquake resistant design of the structure. Therefore, it is urgent to systematically in-depth investigate the seismic performance of ultra-high-performance concrete frame joints to provide scientific guidance and theoretical basis for the seismic design of ultra-high-performance concrete frame joints.

大量震后灾害调查表明，在强烈地震荷载作用下，框架结构往往会发生严重的节点破坏，甚至不会出现设计规范要求的“强节点、弱构件”破坏机制。同时，近年来我国大力推进装配式建筑的发展，对装配建筑节点抗震性能也提出了新的高要求。因此，需要从结构设计、构造措施及材料性能等方面研究提升框架节点抗震性能的方法。其中，提高材料性能是改善框架节点抗震性能的根本方法之一。超高性能混凝土是一种具有卓越力学性能的水泥基复合材料，其主要力学性能指标远高于普通混凝土。因此，采用超高性能混凝土代替普通混凝土来提升框架节点的抗震性能是合理的。然而，目前针对超高性能混凝土框架节点抗震性能的研究仍然较少，在工程结构抗震设计中亦没有相关的设计指导，极大限制了超高性能混凝土在工程结构抗震领域的应用。因此，亟需对超高性能混凝土框架节点抗震性能开展系统性的深入研究，为超高性能混凝土框架节点抗震设计提供科学指导和理论依据。

大量震后灾害调查表明，在强烈地震荷载作用下，框架结构往往会发生严重的节点破坏，甚至不会出现设计规范要求的“强节点、弱构件”破坏机制。同时，近年来我国大力推进装配式建筑的发展，对装配建筑节点抗震性能也提出了新的高要求。因此，需要从结构设计、构造措施及材料性能等方面研究提升框架节点抗震性能的方法。其中，提高材料性能是改善框架节点抗震性能的根本方法之一。超高性能混凝土是一种具有卓越力学性能的水泥基复合材料，其主要力学性能指标远高于普通混凝土。因此，采用超高性能混凝土代替普通混凝土来提升框架节点的抗震性能是合理的。然而，目前针对超高性能混凝土框架节点抗震性能的研究仍然较少，在工程结构抗震设计中亦没有相关的设计指导，极大限制了超高性能混凝土在工程结构抗震领域的应用。..因此，本课题围绕超高性能混凝土材料研发、超高性能混凝土力学性能、超高性能混凝土框架节点抗震性能等内容开展研究。通过200多个试件的配合比优化设计和力学性能测试，给出了抗压强度160MPa以上，抗弯强度40MPa以上的超高性能混凝土最优配合比设计。通过60个试件的中心拔出试验和精细化数值模拟，研究了钢筋与超高性能混凝土的粘结-滑移性能，建立了能够指导工程设计的粘结-滑移本构模型，并通过超高性能混凝土梁的抗弯试验和数值模拟进一步验证了所建立的本构模型的有效性。通过14个试件的低周往复试验及数值模拟，研究了超高性能混凝土框架节点的抗震性能，分析了其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度衰减、耗能和延性等主要特征以及主要设计参数的影响，给出了其抗剪承载力计算公式。研究成果能够为超高性能混凝土框架节点抗震设计提供科学指导和理论依据，进一步推动其在结构工程领域的应用，具有重要的参考价值和现实意义。课题执行期间在Engineering Structures、Construction and Building Materials、International Journal of Impact Engineering的国际著名期刊发表高水平SCI论文8篇，申请发明专利2项（已处于实质审查阶段），培养在读博士生1人，硕士研究生毕业1人，在读5人。