高强钢筋高强砼空间节点抗震性能与设计方法研究

Abstract：Using bidirectional low-cyclic loading test , seismic behavior and design of high- strength concrete space joints with high- strength rebar will be studied. In order to reveal the failure mechanism, stress behavior, deformation performance, energy dissipation capacity, and stress characteristics and bond behavior of beams with bundled bars under seismic loading, based on large-scale specimens test of space joints, influences of beams with bundled bars , the cast-in-situ slab, the axial compression ratio , loading rule will be discussed. The restoring-force modle and the bond-slip model reflecting the stress characteristic of bidirectional low-cyclic loading will be established, which provided analytical basis for the control criteria of seismic behavior. On the basis of the test study, finite element analysis will be done. According to the test and finite element analysis results, the control criteria of seismic behavior and constructional measures for joints will be proposed, which provided theoretical foundation and scientific basis for the design and construction of high- strength concrete space joints with high- strength rebars. Innovation points: The influence of bundled bars for seismic behavior of high- strength concrete space joints with high- strength rebars will be revealed. The restoring-force modle and the bond-slip model reflecting the stress characteristic of bidirectional low-cyclic loading will be established. The control criteria of seismic behavior and constructional measures for joints will be proposed.

本项目拟对高强钢筋高强砼空间节点在双向低周反复荷载作用下的抗震性能和设计方法进行研究。试验研究将采用大比例尺空间节点试件，考虑梁筋并筋、现浇楼板、轴压比、加载规则等因素的影响，通过试验揭示空间节点的地震破坏机制、受力性能、变形性能、耗能能力和梁筋并筋的受力特点及其粘结性能等等；根据试验结果建立能够反映节点双向受力特点的空间节点恢复力模型和贯穿节点梁筋并筋的粘结滑移模型，为建立节点抗震性能控制条件提供模型分析依据；在试验研究基础上，进行有限元分析；在试验和有限元分析的基础上，提出满足抗震性能要求的节点设计控制条件和构造措施建议，为高强钢筋高强砼空间节点的设计和施工提供理论基础和科学依据。创新点：揭示并筋对高强钢筋高强砼空间节点抗震性能的影响；建立能够反映节点双向受力特点的高强钢筋高强砼空间节点的恢复力模型和梁筋并筋的粘结滑移模型；提出满足抗震性能要求的节点设计控制条件和构造措施建议。

目前，国内外钢筋混凝土框架平面节点的研究已经比较成熟，而实际框架结构中大多数都是带有直交梁和整浇楼板的空间节点。在地震作用下，空间梁柱节点承受两个主轴方向的梁传来的弯矩和剪力以及柱子传来的轴力、弯矩和剪力作用，与平面节点相比受力更为不利，震害中经常出现“强梁弱柱”和节点破坏的现象。因此，对空间节点的双向受力性能进行研究更具有实际意义。鉴于此，本项目对高强钢筋高强混凝土空间节点在双向低周反复荷载作用下的抗震性能和设计方法进行了研究。试验研究采用了足尺的空间中节点试件，考虑了梁筋并筋、现浇楼板、轴压比、加载规则等因素的影响，通过试验研究了空间节点的地震破坏机制、受力性能、变形性能、耗能能力和梁筋并筋的受力特点及其黏结性能等等。根据试验结果建立了能够反映节点双向受力特点的空间节点恢复力模型和贯穿节点梁筋并筋的粘结滑移模型，为建立节点抗震性能控制条件提供了模型分析依据；在试验研究基础上，进行了有限元分析；在试验和有限元分析的基础上，提出了满足抗震性能要求的节点设计控制条件和构造措施建议，为高强钢筋高强混凝土空间节点的设计和施工提供了理论基础和科学依据。研究表明：高强钢筋高强混凝土空间节点的抗震性能，由于整浇楼板参加了抗弯工作，提高了梁的抗弯承载力，可能引起破坏机制的改变，因此，板在高强钢筋高强混凝土节点中所起的作用不能忽略。空间节点中梁筋周围的混凝土承受双向黏结应力，其黏结锚固条件比平面节点中梁筋的黏结性能差；而且，并筋根数越多，黏结性能越差。三种加载规则下，梁端45度斜向加载规则下的破坏特征与地震作用下结构的破坏特征吻合最好，但是加载构件的承载能力和延性性能也最差。双向水平荷载对构件的耦合作用明显，使得构件出现了扭转效应，强度退化和刚度退化比单向荷载作用更严重，节点的耗能能力降低，因此，如何直接将低维条件下的研究成果推广到高维层次，值得进一步研究。