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钢筋混凝土框架边节点梁柱组合体的抗震性能研究

作　者: 赵黄娟
导　师: 樊海涛
学　校: 烟台大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 钢筋混凝土框架边节点组合体抗剪承载力节点剪力设计值
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

钢筋混凝土框架结构是我国使用最广泛的建筑结构形式，框架梁柱节点是框架结构的重要组成部分，因其所处的枢纽位置和受力形态的复杂性，使其研究长期受到国内外学者的重点关注。框架梁柱边节点相对于中间节点而言只有单侧梁约束，因此在地震作用下边节点的破坏较为严重。本文针对框架边节点梁柱组合体进行分析研究，主要研究内容如下：（1）对五个钢筋混凝土框架边节点梁柱组合体进行了低周反复荷载试验研究，通过不同的轴压比、核心区配箍率以及梁配筋率，对比分析了在组合体发生梁端破坏的情况下，各试件的极限承载能力、耗能性、延性和箍筋的受力特征。试验结果表明：当边节点梁柱组合体发生梁端破坏时，通过对核心区箍筋应变的分析得出箍筋参与约束机制和桁架机制两种传力机制，且不同位置的箍筋受力具有不均匀性；较高的轴压比对极限承载力稍有提高，对组合体的耗能性有一定程度的改善，但会影响组合体的延性。按照现行规范设计的节点核心区剪力值偏低，应用于实际工程中偏于不安全；（2）采用有限元分析软件ABAQUS对框架梁柱边节点组合体的受力性能和破坏形态进行深入研究，共进行了108个边节点梁柱组合体有限元模型分析，主要分析参数包括：剪压比、轴压比、核心区配箍率和混凝土强度，分析结果表明：轴压比对边节点抗震性能的影响比较复杂，不能简单的判定其利弊作用；核心区配箍率是影响边节点抗剪承载力的关键因素，边节点梁柱组合体的最终破坏形态与剪压比和核心区配箍率有关；核心区混凝土的破坏标志着边节点的破坏，提高核心区混凝土的强度能提高抗剪承载力，但会影响延性。在保证柱端不会发生破坏及不考虑钢筋滑移破坏的情况下，框架边节点梁柱组合体的破坏形态主要包括：梁端弯曲破坏、节点核心区斜拉型剪切破坏和节点核心区斜压型剪切破坏，后面两种破坏形态又可分为梁筋屈服情况下的破坏和梁筋未屈服情况下的破坏；（3）对边节点核心区的传力机制进行了分析，分析结果表明边节点核心区的主要传力机制包括斜压杆机制、桁架机制和约束机制。根据核心区的传力机制，目前适用于边节点核心区承载力分析的计算模型包括修正斜压场理论模型、转角软化桁架模型、修正转角软化桁架模型、固角软化桁架模型、软化拉-压杆模型。相比较而言，软化拉-压杆模型具有明确合理的宏观模型，能清晰的描述边节点核心区的传力机制。本文通过对比分析软化拉-压杆模型的抗剪承载力计算值和试验值，验证了该模型的准确性，建议把软化拉-压杆模型作为边节点核心区的计算模型。结合试验研究、有限元分析和软化拉-压杆计算模型，对现行规范中节点核心区的抗剪承载力计算方法提出了合理化建议。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-23
  1.1 研究背景和意义  10-12
  1.2 梁柱节点的种类及研究方法  12-13
    1.2.1 梁柱节点的种类  12-13
    1.2.2 研究方法  13
  1.3 框架节点梁柱组合体的研究现状  13-21
    1.3.1 试验研究现状  14-18
    1.3.2 传力机制研究现状  18-19
    1.3.3 计算模型研究现状  19-20
    1.3.4 有限元研究现状  20-21
  1.4 本文的研究内容和意义  21-23
2 钢筋混凝土框架边节点梁柱组合体试验研究  23-46
  2.1 试验概述  23-24
  2.2 试件的设计和制作  24-25
  2.3 材料性能  25-26
  2.4 试验数据采集和加载措施  26-30
    2.4.1 数据的量测内容及方式  26-28
    2.4.2 加载装置  28-29
    2.4.3 加载制度  29-30
  2.5 试验现象与破坏过程分析  30-34
  2.6 试验结果分析  34-42
    2.6.1 节点区箍筋应变分析  34-35
    2.6.2 滞回曲线分析  35-37
    2.6.3 耗能分析  37-38
    2.6.4 承载力分析  38-40
    2.6.5 延性分析  40-41
    2.6.6 刚度退化分析  41-42
  2.7 边节点的剪力设计值研究  42-45
  2.8 本章小结  45-46
3 边节点梁柱组合体的抗震性能数值分析  46-74
  3.1 概述  46
  3.2 有限元分析基本理论和模型的建立  46-58
    3.2.1 钢筋材料模型  47-48
    3.2.2 混凝土材料模型  48-54
    3.2.3 界面接触  54-55
    3.2.4 边界条件和荷载施加  55-56
    3.2.5 单元划分和网格选取  56-57
    3.2.6 非线性方程的求解  57-58
  3.3 数值分析与试验结果对比  58-63
    3.3.1 有限元模型的验证  58-60
    3.3.2 对本文试验结果的分析比较  60-63
  3.4 框架边节点承载力影响因素分析  63-69
    3.4.1 轴压比  63-66
    3.4.2 核心区配箍  66-68
    3.4.3 混凝土强度  68-69
  3.5 框架边节点梁柱组合体的破坏形态  69-72
  3.6 本章小结  72-74
4 传力机制分析和计算模型研究  74-94
  4.1 概述  74
  4.2 节点核心区的传力机制分析  74-78
    4.2.1 斜压杆机制  74-75
    4.2.2 桁架机制  75-76
    4.2.3 约束机制  76-77
    4.2.4 剪摩擦机制  77
    4.2.5 组合块体机制  77-78
  4.3 节点核心区的计算模型研究  78-91
    4.3.1 修正斜压场理论模型  79-80
    4.3.2 转角软化桁架模型  80
    4.3.3 固角软化桁架模型  80-81
    4.3.4 软化拉-压杆模型  81-91
  4.4 对节点抗剪承载力计算公式的建议  91-92
  4.5 本章小结  92-94
5 结论与展望  94-96
  5.1 结论  94-95
  5.2 展望  95-96
参考文献  96-99
致谢  99-100
附录 I 攻读学位期间发表的学术论文  100-101

钢筋混凝土框架边节点梁柱组合体的抗震性能研究

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