土木建筑施工毕业设计外文翻译英文钢筋混凝土框架异型节点抗震性能试验研究

钢筋混凝土框架异型节点抗震性能试验研究

摘要：基于8个钢筋混凝土框架异型节点的试验研究，分析了异型框架节点的受力与常规框架节点的异同。在分析钢筋混凝土框架异型节点受力的基础上，提出了由小梁小柱决定的“小核芯”概念，得出框架异型节点的承载能力取决于异型节点“小核芯”的结论。研究了梁柱截面变化、轴压力和箍筋对异型节点抗剪性能的影响，并以“小核芯”为基本分析单元推导出了钢筋混凝土框架异型节点的抗剪承载能力计算公式。

关键词：框架异型节点；抗震性能；小核芯；抗剪承载力

中图分类号：TU375.4 TU317.1 文献标识码：A

1 引言

对钢筋混凝土框架节点，以往的研究工作大都是针对结构中的常规节点，对框架异型节点（节点核芯区两侧梁截面高度变化和上下柱截面高度变化）则研究成果甚少。这类异型节点在大型工建筑结构中广为采用且在民用建筑中也有一定应用。本文通过对8个钢筋混凝土异型节点的试验研究，分析了这类异型节点不同于常规节点的受力特点，建立了这类异型节点的抗剪承载力计算公式，以期对实际工程设计有所帮助。

2 试验概况

2.1 试件设计

本次试验试件的设计是针对电厂结构的特点进行的，模型缩尺比为< ^ 9。试件的配筋大小均进行了试算，钢筋的布置及锚固均满足《混凝土结构设计规范》（GBJ 10-89）构造的要求（《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2001) ，《建筑抗震设计规范》(GB 50010-2001尚未颁布）。

2.2 加荷和测试

本次试验施加的是低周反复荷载（加载装置见图3），加载制度为力-位移混合控制加载制度。试件屈服前，采用荷载控制分级加载，屈服后采用位移控制加载直至试件破坏。在梁根部、柱根、柱顶、节点核芯与柱相交处的上下安装了百分表或千分表进行量测，并在节点核芯区安装了交百分表测量节点核芯区的剪切变形。在柱、梁相交处的纵筋上贴有钢筋应变片，在节点核芯的箍筋上贴有应变片，量测其应变。

3 试验结果及分析

主要试验结果见表3。

3.1 试件破坏历程

本次试验的8个节点虽然在尺寸、配筋、轴力、各阶段施加的外荷载上有所不同，但其破坏的历程和形态却都经历了初裂、通裂、极限和破坏四个阶段。（1）初裂阶段

试件受荷后，当加载使节点核芯区出现第一条沿对角线方向的斜裂缝时，裂缝宽度很小，一般在0.1mm 左右，称为节点核芯区初裂阶段。从开始加荷到初

裂，节点基本上处于弹性工作状态，从P-#曲线上也可以看出刚度变化不大。初裂前这一阶段节点的剪力主要由混凝土来承担，箍筋承担很少的剪力。初裂一旦发生，裂缝处箍筋应力会有较大增加，箍筋应变大约为200*10)。初裂时的节点核芯剪切变形较小（小于，一般在"2 ’ ? !" % . @"2 & ? !" % .A+9 之间）。（2）通裂阶段

初裂后，荷载继续增加，这时节点核芯区将出现第二条、第三条交叉斜裂缝，核芯区被分割成若干菱形小块，并且逐渐会形成至少一条贯通节点核芯区对角线的主斜裂缝。裂缝宽度明显加宽，较宽者一般在0.5mm 左右，此时称为核芯区的通裂阶段。箍筋应力有明显增加，核芯区中部的箍筋已接近屈服或达到屈服。从P-# 曲线上看，已呈现出非线性性质，节点已进入弹塑性阶段。通裂时的荷载一般达节点极限荷载的80%-90%左右。

（3）极限阶段

通裂后，荷载继续增加，核芯区裂缝在原有裂缝的基础上明显加宽，可达到1mm 甚至更宽，但也有少量新裂缝出现，核芯区剪切变形要比初裂时增大很多，混凝土开始剥落，经过几次加载环后，试件承载能力达到最大值，称为极限状态。荷载继续增加是因为随着变形的增大，裂缝之间混凝土骨料机械摩擦力增加。同时箍筋的应力也逐渐增加，一方面箍筋参与抵抗节点水平剪力另一方面它对核芯区受压膨胀的混凝土的约束作用不断增强，这也提高了核芯区混凝土斜压杆机构的抗剪作用。

（4）破坏阶段

随着荷载的循环，核芯区混凝土开始剥落，变形急剧加大，承载能力开始下降。试验中发现梁筋滑移现象十分严重，随荷载增加和循环次数增加，粘结力的丧失区段逐渐向节点核芯区内部渗透，造成斜压杆机构的负担加重，进一步加快了混凝土的被压坏。典型破损照片见图4 所示。

3.2 异型节点受力及破坏特点

（1）试验中发现，异型边节点初裂缝的出现及最后发生混凝土被压碎的位置均出现在节点核芯中部偏上柱中心线位置；异型中节点的初裂缝及核芯区混凝土被压碎均出现在“小核芯”位置（图4）。对异型中节点而言，通裂后斜裂缝才在“小核芯”以外的节点大核芯区其它位置出现或扩展，但直至节点组合体破坏，在图5阴影区域裂缝很少或几乎没有裂缝出现。所以对异型节点而言，节点核芯区的受剪承载能力大小取决于“小核芯”区，即取决于“小核芯”的混凝土强度等级、尺寸和配筋状况，但是大核芯的大小对其有影响。

（2）异型节点虽然节点核芯上下柱截面和左右梁

截面高度不同，但通过梁、柱传递到节点核芯进而传递到节点“小核芯”的作用力性质是与常规节点相同的。另外一个特点就是异型节点在梁端正反加载下其受力特征是不对称的。如图6 所示（异型中节点）。

（3）从图6 可以看出，将大核芯所受的作用力向小核芯传递，就可以得出“小核芯”的受力状况，因为作用力性质与常规节点是相同的，所以各种机理（桁架机理、斜压杆机理、箍筋的约束机理）对“小核芯”显然仍然适用。

（4）另外可以看出，当作用于节点核芯的外力传至

“小核芯”后，由于柱、梁混凝土受压区压应力的扩散，“小核芯”与常规节点核芯（由梁、柱组成的常规节点核芯）相比其斜压杆机构中的斜压杆面积要加大；但同时斜压杆所承受的压力也要加大。这是因为梁筋和柱筋粘结力的大部分要汇入斜压杆机构，但这一部分增大的作用力与增大斜压杆面积而言还是偏小的；同

时也要注意到大核芯中的“小核芯”以外部分受力较小，出

现的裂缝也较少，这些区域对“小核芯”斜压杆混凝土的膨胀是一种约束，有助于提高“小核芯”斜压杆混凝土的抗压强度。

（5）可以认为，以“小核芯”为研究单元，“小核芯”斜压杆机构中的混凝土斜压杆面积增大与柱、梁混凝土受压区压应力的扩散有关系，而扩散面积的大小与梁截面高度差、柱截面高度差有关系，即与大核芯和“小核芯”的截面尺寸有关系，则大核芯对“小核芯”的抗剪强度提高比例就可以定量地用大核芯面积与“小核芯”面积之比来计算，或者说这种约束与这个比值有一定关系。显然这个比值越大，约束作用就越强，其承载能力就越强。

（6）以“小核芯”为研究单元，但“小核芯”以外大核芯部分仍有其抗力作用，从图& 可以看出，该区域的箍筋仍是必不可少的，仍然要承担大梁钢筋传来的边缘剪力，因为没有承受小梁钢筋传来的边缘剪力，所以其作用力相对较小。3.3 影响异型节点抗剪强度的因素

（1）轴压力

节点3-5与节点3-7轴压比（实际试验轴压比）从0.193 提高到0.257，初裂时节点剪力V j从182.5KN提高到215.8KN，增长幅度为16.5%，但通裂时节点剪力V j基本相等，另外节点3-7的极限荷载比节点3-5的极限荷载略有提高。

产生这种情况的原因是轴压力的存在能增加柱的受压区面积C 9 D，进而提高斜压杆的宽度，使节点核芯区混凝土受压的范围加大，即参与斜压杆机构的混凝土面积增大，同时梁筋传递给节点核芯混凝土的边缘剪力中会有更多的部分汇入斜压杆机构，那么造成节点核芯混凝土开裂的那部分边缘剪力就会减小，所以轴力对提高节点核芯区的初裂是有利的。轴力对通裂和极限荷载影响不明显，其原因是在轴压力存在的情况下循环反复加载，致使节点核芯区的混凝土累积损伤效应较无轴力作用时要大。所以尽管轴压力可以提高混凝土的抗剪强度，但加剧的累积损伤效应，致使轴压力的有利作用有所降低，对节点的通裂和极限荷载提高不明显。

本次试验结果表明，轴压力对通裂荷载的影响并不十分明显，甚至可以忽略。所以，在目前异型节点的试验数据较少的情况下，考虑到规范公式的连续性，依据本次试验结果，并参考国内外学者MEINHEIT和JIRSA 等人的试验研究和统计分析，在建立异型节点承载能力公式时，对与轴压力有关的项折减一半，即取为0.05nf c b j h j。

（2）水平箍筋

节点1-1与节点1-3的面积配箍率由0.24%提高到0.356%，初裂时节点所能抵抗的剪力V j由167.6KN提高到了172.8KN，提高幅度为3%；通裂时节点所能抵抗的剪力V j由270KN提高到300kN，提高幅度为11%。可见，初裂剪力与配箍多少并无太大影响，这是因为初裂时节点剪力’6 主要取决于混凝土的抗拉强度，而通裂时节点强度有较大提高是因为箍筋在裂缝形成并开展后应力有大幅度增长甚至屈服，也就是说桁架机构起了作用，箍筋开始参与抵抗节点剪力；而且箍筋可以约束混凝土的膨胀，一定程度上也提高了混凝土的抗剪能力。图7为核心区箍筋的p-@曲线。

箍筋沿节点核芯高度方向的应变随加载过程分布

如图8所示（节点3-5）。

由图8可见，各层箍筋应力并不相等，破坏时并非全部屈服，而且在节点核芯中部（对异型中节点则是在小核芯中部较偏下部位）应力最大。这是因为在某