鋼筋混凝土梁-墻節(jié)點平面外抗震性能的分析模型研究

人們對梁-柱節(jié)點抗震性能的研究已比較深入。對于由剪力墻和梁形成的梁-墻節(jié)點，由于剪力墻在自身平面內(nèi)的抗彎剛度遠大于其在平面外的抗彎剛度，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常只考慮剪力墻平面內(nèi)的承載力，而忽略其平面外的承載力，這實際上是將梁-墻節(jié)點處理為鉸節(jié)點。由于在混凝土剪力墻與梁間構(gòu)造真正的鉸節(jié)點，在實際結(jié)構(gòu)中很難實現(xiàn)，因此，當梁發(fā)生彎曲變形時，勢必引起剪力墻發(fā)生平面外的彎曲，從而導致剪力墻在節(jié)點附近形成許多裂縫，該問題已引起工程師和研究者們的高度關(guān)注,并已列入中美科學基金會2006年中美地震科技合作研究計劃。本項目將采用理論分析、試驗研究和數(shù)值計算相結(jié)合的研究方法，確定剪力墻抵抗平面外彎曲的有效寬度，建立梁-墻節(jié)點平面外承載力的等效分析模型和計算公式，并提出幾種合理的梁-墻節(jié)點構(gòu)造形式。本項目研究的美方合作者為美國UIUC的B.F. Spencer, Jr. 教授。 2100433B

鋼筋混凝土梁—抗震墻平面外節(jié)點是框架—內(nèi)筒和框架—核心筒的重要節(jié)點，國內(nèi)外研究很少，工程設(shè)計無依據(jù)。本項目研究該節(jié)點的地震破壞形態(tài)和抗震性能，墻面面外受梁端彎矩時的有效受彎寬度和承載力，節(jié)點破壞形態(tài)對結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)影響，節(jié)點抗震設(shè)計原理和方法。對完善高層建筑抗震結(jié)構(gòu)體系有重要意義，成果有廣闊的工程應(yīng)用前景。 2100433B

本項目研究工作按計劃完成。 基于項目研究需要，開展了多類鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點抗震性能試驗研究，具體包括：(1) 不同連接類型的鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點抗震性能試驗。分析了環(huán)板連接寬度對節(jié)點抗震性能的影響。（2）鋼管混凝土疊合柱-鋼梁平面節(jié)點抗震性能試驗。分析了關(guān)鍵參數(shù)，如軸壓比、梁-柱線剛度比和承載力比對節(jié)點破壞模態(tài)和承載能力的影響。（3）鋼管混凝土疊合柱-鋼梁空間節(jié)點抗震性能試驗。研究了空間節(jié)點的破壞形態(tài)、承載能力和內(nèi)力、變形發(fā)展規(guī)律。建立了考慮材料在往復荷載下的損傷、不同部位材料本構(gòu)和鋼-混凝土相互作用的節(jié)點精細化有限元分析模型，并用典型試驗結(jié)果進行了驗證。利用驗證的有限元模型，分析了關(guān)鍵參數(shù)影響因素，如核心區(qū)軸壓比、節(jié)點核心區(qū)性質(zhì)，連接構(gòu)造、樓板等對鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點抗震性能的影響。提出了該類節(jié)點的傳力機理和關(guān)鍵參數(shù)影響規(guī)律。通過參數(shù)分析，提出了鋼管混凝土疊合構(gòu)件剛度和變形簡化計算方法，建立了鋼管混凝土疊合構(gòu)件的荷載-變形滯回關(guān)系模型，用于鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點宏觀單元的建立。此外結(jié)合項目實際需求，還開展了鋼管混凝土斜柱-鋼梁連接節(jié)點的抗震性能試驗，以及鋼管混凝土構(gòu)件拉彎性能試驗，研究其承載力實用計算方法。綜合上述研究成果，提出了鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點的抗震性能評價方法以及設(shè)計建議。 本項目的研究成果可為有關(guān)工程應(yīng)用和設(shè)計規(guī)程的制訂提供依據(jù)。結(jié)合項目研究工作，發(fā)表或收錄期刊論文4篇（均為國際SCI期刊論文），重要國際和國內(nèi)會議論文4篇（EI收錄1篇），其中1篇會議論文獲第24屆全國結(jié)構(gòu)工程學術(shù)會議優(yōu)秀論文一等獎。獲得授權(quán)國家實用新型專利2項。本項目研究有博士研究生1名和碩士研究生2名參加了工作。 2100433B