内置十字形钢骨的超高强混凝土框架节点地震损伤机理的研究

随着C100～C120级超高强混凝土材料在高层、超高层建筑中的较多应用，其脆性大、延性差的缺点成为迫切需要解决的课题，尤其在地震发生频繁的地区，改善超高强混凝土结构抗震延性成为抵御地震灾害、保护人民生命与财产安全的第一道防线。历次国内外震害调查表明，建筑物框架节点区域的地震损伤情况往往比其它构件更严重，框架节点的延性成为建筑物在地震作用下倒塌与否的关键因素。因此，本项目拟通过在超高强混凝土框架节点中内置十字形钢骨来弥补超高强混凝土脆性大、延性差的缺点，改善超高强混凝土框架节点的抗震延性，增强超高强混凝土框架节点抵御地震损伤的能力。采用试验研究、理论分析、数值模拟相结合的方法，从抗震性能、受力模型与抗剪强度、承载能力衰减规律、地震损伤行为以及超高强混凝土脆性影响五个方面着手，研究内置十字形钢骨的超高强混凝土框架节点地震损伤机理，为超高强混凝土结构抗震减灾与推广应用，提供理论基础和研究背景。

本项目以应用日益广泛的钢骨超高强混凝土结构为背景，以框架结构中间层中节点为模型，制作了12个节点试件，柱采用C100级超高强混凝土材料，梁采用C30级混凝土。柱分别内置工字钢骨和十字钢骨，梁仅内置工字钢骨。采用试验研究、理论分析、数值模拟相结合的方法，对钢骨超高强混凝土框架节点抗震性能、受力模型与抗剪承载力计算、承载力衰减、地震损伤行以及受力性能数值模拟5个方面进行了研究。结果表明，低周反复荷载作用下钢骨超高强混凝土框架节点发生了核心区剪切破坏，伴随梁端塑性铰区弯曲破坏的形态。试件滞回曲线饱满，外包面积大，耗能能力较强，延性较好。延性系数随轴压比的增加而降低，随体积配箍率的增加而增大，内置十形钢骨试件的位移延性系数大于内置工形钢骨试件的位移延性系数。轴压比较高或体积配箍率较小的试件有较大的剪切变形，内置十字形钢骨有助于减小节点核心区剪切变形。试件破坏时节点核心区箍筋、钢骨应变均达到屈服值。节点核心区抗剪承载力随轴压比的增大而增大，随体积配箍率的增大也增大，但是钢骨形式的影响不明显。基于“框架-剪力墙” 受剪模型提出了节点核心区抗剪承载力计算方法，计算值与试验值之比在0.94～1.02范围内，计算方法精度较好。提出了符合试件核心区剪切损伤、塑性铰区弯曲损伤的地震损伤模型，和可用于钢骨超高强混凝土框架节点地震损伤安全评价的标准。应用ANSYS软件进行受力性能数值模拟，得到的各加载阶段承载力明显大于试验值，并且滞回曲线上承载力没有下降趋势，该软件在进行钢骨超高强混凝土框架节点数值模拟时存在不足之处，有待进一步改进。本项目相关研究成果可为钢骨超高强混凝土结构设计提供理论基础，为该结构抗震减灾与推广应用，提供研究背景。