【摘要】：鋼管混凝土柱-混凝土梁的連接形式構(gòu)造多樣，存在節(jié)點區(qū)域梁縱筋與柱鋼管空間上的不協(xié)調(diào)，處理較為復雜。目前關于鋼管混凝土柱-混凝土梁節(jié)點的研究尚不系統(tǒng)，存在節(jié)點力學性能與施工便利性不能兩全等問題。研究開發(fā)受力性能良好、構(gòu)造簡單、施工方便的節(jié)點形式是研究人員與設計者急待解決的課題。 本文提出一種新型的柱鋼管節(jié)點區(qū)全斷開的矩形鋼管混凝土柱-混凝土梁節(jié)點。該節(jié)點的特點：柱鋼管在節(jié)點區(qū)域斷開，保證樓層框架梁縱筋貫通節(jié)點；通過擴大節(jié)點截面及配置多層約束鋼筋網(wǎng)以解決因柱鋼管斷開和采用低強度等級混凝土而導致承載力下降問題；在多層鋼筋網(wǎng)外圍豎向配置密集箍筋，改善節(jié)點區(qū)混凝土的抗裂性能；節(jié)點區(qū)可不配置柱箍筋，通過鋼筋網(wǎng)與密集箍筋形成的新型鋼筋籠整體承受節(jié)點剪力。該新型節(jié)點具有的優(yōu)點：節(jié)點可與任意方向的樓蓋梁連接，樓蓋梁的布置靈活；節(jié)點的抗裂能力提高，有利于擴大結(jié)構(gòu)的正常使用范圍；現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)的焊接工作減少，施工較為方便。 本文對該新型節(jié)點的軸壓、偏壓靜力性能以及抗震性能進行研究，主要包括以下幾個方面的工作。 （1）進行了48個節(jié)點區(qū)試件的軸壓試驗，研究節(jié)點核心區(qū)的截面系數(shù)、高度系數(shù)β、配筋系數(shù)ρ、混凝土強度fcu以及柱長寬比γ對新型鋼筋網(wǎng)節(jié)點核心區(qū)軸壓力學性能的影響。試驗表明，通過新型鋼筋網(wǎng)的約束與擴大節(jié)點截面的局壓作用，節(jié)點具有較高的軸壓承載力和較好的延性；鋼筋網(wǎng)外圍布置密集箍筋可提高節(jié)點區(qū)的抗裂能力。 （2）在約束混凝土本構(gòu)關系的基礎上，采用等效側(cè)向應力的概念，計算鋼筋網(wǎng)約束混凝土抗壓強度，同時考慮混凝土的局壓作用，獲取該類新型節(jié)點的核心混凝土峰值強度。借鑒Mander本構(gòu)形式，提出可適用于該類節(jié)點分析的等效單軸本構(gòu)關系。采用該本構(gòu)關系對軸壓試件的等效應力-應變關系進行全過程計算，并與試驗結(jié)果比較，兩者吻合良好。 （3）進行了8個帶上下柱的新型節(jié)點試件受壓試驗，研究節(jié)點截面系數(shù)、高度系數(shù)β、柱長寬比γ對試件破壞形態(tài)、峰值承載力、各裂縫寬度對應荷載等力學性能的影響。通過與工程上采用的常規(guī)鋼管混凝土柱承載力計算對比，合理設計的節(jié)點在軸壓、小偏壓荷載下的峰值承載力可高于鋼管混凝土柱，滿足“強節(jié)點，弱構(gòu)件”的設計理念。同時節(jié)點區(qū)配置外圍箍筋能夠限制節(jié)點核心區(qū)外混凝土的豎向膨脹變形，，限制各個側(cè)面水平裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，有效地改善節(jié)點的抗裂性能。 （4）在局壓承載力理論的基礎上，對混凝土局壓與橫向鋼筋網(wǎng)約束雙重作用機理進行分析，通過引入節(jié)點高度系數(shù)對已有的規(guī)范計算公式進行修正，提出該節(jié)點的軸壓承載力計算公式一；并在此基礎上，考慮偏心對局部受壓承載力的折減，建立了該新型節(jié)點的偏壓承載力計算公式。在Mander約束混凝土公式的架構(gòu)下，考慮混凝土局壓對橫向鋼筋網(wǎng)約束的影響作用，確定本試驗環(huán)境中有效約束系數(shù)ke的計算方法，提出該節(jié)點軸壓承載力計算公式二。根據(jù)試驗現(xiàn)象，提出該節(jié)點峰值狀態(tài)下試件受壓有效截面的概念，并確定試件受壓有效截面的計算方法，建立該節(jié)點軸壓承載力計算公式三。通過驗證比對，上述公式均可較精確地預測試驗結(jié)果。 （5）進行了5個試件的低周反復荷載試驗，研究該新型節(jié)點的抗震力學性能。試驗結(jié)果表明，隨著相對配筋系數(shù)（節(jié)點體積配筋率/梁配筋率）與節(jié)點面積增大系數(shù)（節(jié)點面積/柱面積）的增大，破壞區(qū)域由節(jié)點區(qū)向框架梁根部轉(zhuǎn)移，說明通過合理設計的節(jié)點在低周反復荷載作用下的受力性能是安全可靠的，可實現(xiàn)“強柱弱梁，節(jié)點更強”的抗震設計原則。對靜力反復荷載作用后的節(jié)點試件進行軸壓試驗，結(jié)果表明在經(jīng)歷低周反復荷載作用后，節(jié)點鋼筋網(wǎng)仍能有效約束節(jié)點核心區(qū)混凝土，節(jié)點仍具有較高的承載力與延性，說明通過合理設計的新型節(jié)點在震后也能體現(xiàn)“強節(jié)點，弱構(gòu)件”的抗震理念。 （6）在MCFT理論的基礎上，確定新型節(jié)點計算關鍵參數(shù)的取值方法，提出了該新型節(jié)點抗剪承載力的計算方法。節(jié)點峰值剪應力計算結(jié)果與試驗吻合良好，表明上述抗剪計算方法較為合理。
【圖文】：

照片（方形）1AH平面圖2-2(b)新型鋼筋網(wǎng)

(a) A12-脆性破壞 (b) A16-延性破壞圖 2-6 方形試件破壞形式形試件破壞形態(tài)如圖 2-7 所示，其破壞過程表現(xiàn)出下列規(guī)律。1）低強度部破壞嚴重。加載過程裂縫由加載板角部通過試件上下表面向側(cè)面延伸，角部側(cè)面的豎向裂縫，加載后期發(fā)展為明顯的破壞裂縫，開裂寬度可達 1眼可見內(nèi)部外露出來的鋼筋，并且伴有混凝土碎落。但在較高強度混凝土試比較小的 A14 試件同樣出現(xiàn)嚴重的角部破壞外，其余試件角部破壞均不明現(xiàn)水平裂縫。大部分試件側(cè)面中部出現(xiàn)了 1~2 條水平貫通裂縫；3）局壓的裂縫將試件側(cè)面裂分為若干區(qū)塊。部分試件的局壓區(qū)外混凝土側(cè)面縱橫加載后期使其碎裂成若干區(qū)塊。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TU398.9;TU311

【參考文獻】

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本文編號：2524566