【摘要】：鋼管混凝土柱-混凝土梁的連接形式構(gòu)造多樣，存在節(jié)點(diǎn)區(qū)域梁縱筋與柱鋼管空間上的不協(xié)調(diào)，處理較為復(fù)雜。目前關(guān)于鋼管混凝土柱-混凝土梁節(jié)點(diǎn)的研究尚不系統(tǒng)，存在節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能與施工便利性不能兩全等問(wèn)題。研究開(kāi)發(fā)受力性能良好、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便的節(jié)點(diǎn)形式是研究人員與設(shè)計(jì)者急待解決的課題。 本文提出一種新型的柱鋼管節(jié)點(diǎn)區(qū)全斷開(kāi)的矩形鋼管混凝土柱-混凝土梁節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)：柱鋼管在節(jié)點(diǎn)區(qū)域斷開(kāi)，保證樓層框架梁縱筋貫通節(jié)點(diǎn)；通過(guò)擴(kuò)大節(jié)點(diǎn)截面及配置多層約束鋼筋網(wǎng)以解決因柱鋼管斷開(kāi)和采用低強(qiáng)度等級(jí)混凝土而導(dǎo)致承載力下降問(wèn)題；在多層鋼筋網(wǎng)外圍豎向配置密集箍筋，改善節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土的抗裂性能；節(jié)點(diǎn)區(qū)可不配置柱箍筋，通過(guò)鋼筋網(wǎng)與密集箍筋形成的新型鋼筋籠整體承受節(jié)點(diǎn)剪力。該新型節(jié)點(diǎn)具有的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)可與任意方向的樓蓋梁連接，樓蓋梁的布置靈活；節(jié)點(diǎn)的抗裂能力提高，有利于擴(kuò)大結(jié)構(gòu)的正常使用范圍；現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)的焊接工作減少，施工較為方便。 本文對(duì)該新型節(jié)點(diǎn)的軸壓、偏壓靜力性能以及抗震性能進(jìn)行研究，主要包括以下幾個(gè)方面的工作。 （1）進(jìn)行了48個(gè)節(jié)點(diǎn)區(qū)試件的軸壓試驗(yàn)，研究節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的截面系數(shù)、高度系數(shù)β、配筋系數(shù)ρ、混凝土強(qiáng)度f(wàn)cu以及柱長(zhǎng)寬比γ對(duì)新型鋼筋網(wǎng)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)軸壓力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)表明，通過(guò)新型鋼筋網(wǎng)的約束與擴(kuò)大節(jié)點(diǎn)截面的局壓作用，節(jié)點(diǎn)具有較高的軸壓承載力和較好的延性；鋼筋網(wǎng)外圍布置密集箍筋可提高節(jié)點(diǎn)區(qū)的抗裂能力。 （2）在約束混凝土本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上，采用等效側(cè)向應(yīng)力的概念，計(jì)算鋼筋網(wǎng)約束混凝土抗壓強(qiáng)度，同時(shí)考慮混凝土的局壓作用，獲取該類新型節(jié)點(diǎn)的核心混凝土峰值強(qiáng)度。借鑒Mander本構(gòu)形式，提出可適用于該類節(jié)點(diǎn)分析的等效單軸本構(gòu)關(guān)系。采用該本構(gòu)關(guān)系對(duì)軸壓試件的等效應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行全過(guò)程計(jì)算，并與試驗(yàn)結(jié)果比較，兩者吻合良好。 （3）進(jìn)行了8個(gè)帶上下柱的新型節(jié)點(diǎn)試件受壓試驗(yàn)，研究節(jié)點(diǎn)截面系數(shù)、高度系數(shù)β、柱長(zhǎng)寬比γ對(duì)試件破壞形態(tài)、峰值承載力、各裂縫寬度對(duì)應(yīng)荷載等力學(xué)性能的影響。通過(guò)與工程上采用的常規(guī)鋼管混凝土柱承載力計(jì)算對(duì)比，合理設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)在軸壓、小偏壓荷載下的峰值承載力可高于鋼管混凝土柱，滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)理念。同時(shí)節(jié)點(diǎn)區(qū)配置外圍箍筋能夠限制節(jié)點(diǎn)核心區(qū)外混凝土的豎向膨脹變形，，限制各個(gè)側(cè)面水平裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，有效地改善節(jié)點(diǎn)的抗裂性能。 （4）在局壓承載力理論的基礎(chǔ)上，對(duì)混凝土局壓與橫向鋼筋網(wǎng)約束雙重作用機(jī)理進(jìn)行分析，通過(guò)引入節(jié)點(diǎn)高度系數(shù)對(duì)已有的規(guī)范計(jì)算公式進(jìn)行修正，提出該節(jié)點(diǎn)的軸壓承載力計(jì)算公式一；并在此基礎(chǔ)上，考慮偏心對(duì)局部受壓承載力的折減，建立了該新型節(jié)點(diǎn)的偏壓承載力計(jì)算公式。在Mander約束混凝土公式的架構(gòu)下，考慮混凝土局壓對(duì)橫向鋼筋網(wǎng)約束的影響作用，確定本試驗(yàn)環(huán)境中有效約束系數(shù)ke的計(jì)算方法，提出該節(jié)點(diǎn)軸壓承載力計(jì)算公式二。根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象，提出該節(jié)點(diǎn)峰值狀態(tài)下試件受壓有效截面的概念，并確定試件受壓有效截面的計(jì)算方法，建立該節(jié)點(diǎn)軸壓承載力計(jì)算公式三。通過(guò)驗(yàn)證比對(duì)，上述公式均可較精確地預(yù)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果。 （5）進(jìn)行了5個(gè)試件的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，研究該新型節(jié)點(diǎn)的抗震力學(xué)性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著相對(duì)配筋系數(shù)（節(jié)點(diǎn)體積配筋率/梁配筋率）與節(jié)點(diǎn)面積增大系數(shù)（節(jié)點(diǎn)面積/柱面積）的增大，破壞區(qū)域由節(jié)點(diǎn)區(qū)向框架梁根部轉(zhuǎn)移，說(shuō)明通過(guò)合理設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的受力性能是安全可靠的，可實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁，節(jié)點(diǎn)更強(qiáng)”的抗震設(shè)計(jì)原則。對(duì)靜力反復(fù)荷載作用后的節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行軸壓試驗(yàn)，結(jié)果表明在經(jīng)歷低周反復(fù)荷載作用后，節(jié)點(diǎn)鋼筋網(wǎng)仍能有效約束節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土，節(jié)點(diǎn)仍具有較高的承載力與延性，說(shuō)明通過(guò)合理設(shè)計(jì)的新型節(jié)點(diǎn)在震后也能體現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的抗震理念。 （6）在MCFT理論的基礎(chǔ)上，確定新型節(jié)點(diǎn)計(jì)算關(guān)鍵參數(shù)的取值方法，提出了該新型節(jié)點(diǎn)抗剪承載力的計(jì)算方法。節(jié)點(diǎn)峰值剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)吻合良好，表明上述抗剪計(jì)算方法較為合理。
【圖文】：

照片（方形）1AH平面圖2-2(b)新型鋼筋網(wǎng)

(a) A12-脆性破壞 (b) A16-延性破壞圖 2-6 方形試件破壞形式形試件破壞形態(tài)如圖 2-7 所示，其破壞過(guò)程表現(xiàn)出下列規(guī)律。1）低強(qiáng)度部破壞嚴(yán)重。加載過(guò)程裂縫由加載板角部通過(guò)試件上下表面向側(cè)面延伸，角部側(cè)面的豎向裂縫，加載后期發(fā)展為明顯的破壞裂縫，開(kāi)裂寬度可達(dá) 1眼可見(jiàn)內(nèi)部外露出來(lái)的鋼筋，并且伴有混凝土碎落。但在較高強(qiáng)度混凝土試比較小的 A14 試件同樣出現(xiàn)嚴(yán)重的角部破壞外，其余試件角部破壞均不明現(xiàn)水平裂縫。大部分試件側(cè)面中部出現(xiàn)了 1~2 條水平貫通裂縫；3）局壓的裂縫將試件側(cè)面裂分為若干區(qū)塊。部分試件的局壓區(qū)外混凝土側(cè)面縱橫加載后期使其碎裂成若干區(qū)塊。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU398.9;TU311

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2524566