混凝土框架节点滞回性能研究

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国内外的震害和试验研究表明:框架节点是框架结构抗震中的薄弱环节之一。节点核心区的剪切变形以及梁纵筋在节点区的粘结滑移是节点非线性分析的关键问题。本文在研究混凝土框架节点受力特点的基础上,阐述宏观力学模型的受力机理,利用弹塑性有限元软件OpenSees中已有的梁柱节点单元,建立混凝土框架节点计算模型。对低周反复荷载作用下的混凝土框架节点进行非线性滞回分析,分析了一批国内外研究者已经完成的低周往复荷载作用下的混凝土框架中节点的滞回曲线,作者最后对影响框架节点滞回性能的一些主要因素进行了数值分析,得到了一些可用于指导混凝土框架节点设计的结论和建议。具体完成的主要内容有:  (1)在广泛阅读国内外文献的基础上,对混凝土框架节点研究现状和节点区的受力机理进行了论述,总结国内外混凝土框架节点的试验研究和有限元非线性分析的现状。并提出现有框架节点滞回性能研究存在的问题,以及对其展开进一步研究的必要性。  (2)系统阐述了基于宏观力学模型的混凝土框架节点的非线性分析理论。详细介绍基于斜压杆模型的节点核心区剪切应力应变骨架曲线参数确定方法。通过分析钢筋粘结滑移和节点核心区的剪切变形两个主要因素对低周反复荷载作用下框架节点的滞回特性的影响,建立了基于OpenSEES软件的混凝土框架节点有限元模型,对重庆大学傅剑平的混凝土框架中节点的低周反复荷载试验进行了数值计算,试验结果与计算结果吻合良好,从而验证了该有限元模型的适用性和可靠性。  (3)基于 OpenSEES软件建立了考虑非预应力钢筋粘结滑移和节点核心区的剪切变形的预应力混凝土框架节点的有限元模型,对新西兰学者Park、东南大学唐九如和福州大学陈勇的预应力混凝土试验节点进行数值计算,与试验结果比较吻合良好,利用该有限元模型可以较好地计算得到预应力混凝土框架节点的滞回曲线,为预应力框架节点设计计算提供一条简便的途径。  (4)通过分析影响混凝土框架节点和预应力框架节点的四个主要影响因素,即轴压比、剪压比、配箍特征值和预应力度,设计了26个混凝土框架节点和5个预应力混凝土框架节点,从极限承载能力、位移延性和耗能能力3个方面对其滞回性能进行了有限元分析。分析结果表明,为了使得混凝土框架节点具有足够的延性,建议混凝土框架节点的配箍特征值不宜超过规范[44]中抗震受剪承载力验算公式的计算值,同时,建议剪压比不宜超过0.3;轴压比超过0.5时对抗剪的有利影响降低;为了使得预应力混凝土框架节点具有足够的延性,作者建议预应力度不宜超过0.75。
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