混凝土梁－墻平面外節(jié)點(diǎn)的抗震性能和設(shè)計(jì)研究

鋼筋混凝土梁—抗震墻平面外節(jié)點(diǎn)是框架—內(nèi)筒和框架—核心筒的重要節(jié)點(diǎn)，國內(nèi)外研究很少，工程設(shè)計(jì)無依據(jù)。本項(xiàng)目研究該節(jié)點(diǎn)的地震破壞形態(tài)和抗震性能，墻面面外受梁端彎矩時(shí)的有效受彎寬度和承載力，節(jié)點(diǎn)破壞形態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)影響，節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)原理和方法。對(duì)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

人們對(duì)梁-柱節(jié)點(diǎn)抗震性能的研究已比較深入。對(duì)于由剪力墻和梁形成的梁-墻節(jié)點(diǎn)，由于剪力墻在自身平面內(nèi)的抗彎剛度遠(yuǎn)大于其在平面外的抗彎剛度，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)際上是將梁-墻節(jié)點(diǎn)處理為鉸節(jié)點(diǎn)。由于在混凝土剪力墻與梁間構(gòu)造真正的鉸節(jié)點(diǎn)，在實(shí)際結(jié)構(gòu)中很難實(shí)現(xiàn)，因此，當(dāng)梁發(fā)生彎曲變形時(shí)，勢(shì)必引起剪力墻發(fā)生平面外的彎曲，從而導(dǎo)致剪力墻在節(jié)點(diǎn)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(xué)基金會(huì)2006年中美地震科技合作研究計(jì)劃。本項(xiàng)目將采用理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)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(diǎn)平面外承載力的等效分析模型和計(jì)算公式，并提出幾種合理的梁-墻節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式。本項(xiàng)目研究的美方合作者為美國UIUC的B.F. Spencer, Jr. 教授。 2100433B

本項(xiàng)目研究工作按計(jì)劃完成。 基于項(xiàng)目研究需要，開展了多類鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)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(diǎn)抗震性能試驗(yàn)。分析了環(huán)板連接寬度對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響。（2）鋼管混凝土疊合柱-鋼梁平面節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)。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(duì)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)抗震性能試驗(yàn)。研究了空間節(jié)點(diǎn)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(fù)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(diǎn)精細(xì)化有限元分析模型，并用典型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。利用驗(yàn)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(diǎn)核心區(qū)性質(zhì)，連接構(gòu)造、樓板等對(duì)鋼管混凝土疊合柱-鋼梁節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響。提出了該類節(jié)點(diǎn)的傳力機(jī)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(jiǎn)化計(jì)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(diǎn)宏觀單元的建立。此外結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求，還開展了鋼管混凝土斜柱-鋼梁連接節(jié)點(diǎn)的抗震性能試驗(yàn)，以及鋼管混凝土構(gòu)件拉彎性能試驗(yàn)，研究其承載力實(shí)用計(jì)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(diǎn)的抗震性能評(píng)價(jià)方法以及設(shè)計(jì)建議。 本項(xiàng)目的研究成果可為有關(guān)工程應(yīng)用和設(shè)計(jì)規(guī)程的制訂提供依據(jù)。結(jié)合項(xiàng)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(huì)議論文4篇（EI收錄1篇），其中1篇會(huì)議論文獲第24屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議優(yōu)秀論文一等獎(jiǎng)。獲得授權(quán)國家實(shí)用新型專利2項(xiàng)。本項(xiàng)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