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1、 钢套箍钢筋混凝土梁柱空间节点抗震性能试验研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：温兴宇指导教师：曹晖教授专业：结构工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二 O一四年五月 Experimental Study on Seismic Behavior of 3D Steel-hoop RC Beam-Column Joints A Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theMasters Degree of EngineeringByWen XingyuS
2、upervised by Prof. Cao HuiSpecialty: Structural EngineeringCollege of Civil Engineering of Chongqing University, Chongqing, China May 2014 中文摘要摘要常规钢筋混凝土结构中，梁纵筋在两个方向上以贯穿、锚固、搭接的方式在节点相互交汇，梁筋的上下密排交错再加上柱纵筋、节点箍筋，使得这个区域经常会拥挤不堪，既不易于施工又影响混凝土的浇筑质量。鉴于以上，本课题组于近几年提出了一种基于常规钢筋混凝土节点的新型节点构造方式，命名为“钢套箍节点”，并相继开展了对其抗震性能
3、的试验研究，取得了不错的结果。实际建筑结构中的节点大多是以空间形式存在，地震下的框架节点受到四周梁端、现浇板以及上下柱端的弯矩、剪力、轴力以及扭矩作用，双向受力的空间节点表现出与单向受力的平面节点大不相同的破坏机理。因此有必要对新型节点的空间抗震性能进行试验研究。本文承接于已完成的 2个钢套箍平面节点，完成 1个钢套箍空间梁柱板节点SGJ-1在双向低周反复荷载作用下试验，继续探讨在空间地震作用下此种节点的抗震性能，分析钢套箍协同节点的抗剪机理及其本身受力特征；并在后期通过有限元分析软件 ABAQUS进行建模对比分析。本文获得以下认识：相比常规节点，新型钢套箍节点因为梁纵筋不再贯通节点，节点区域
4、钢筋过密的情况大为改善，在方便施工的同时也保证了混凝土的振捣、浇筑质量；在空间节点中，这个优势更为明显。试件 SGJ-1在梁筋陆续进入屈服、梁端出铰并达到较大位移后，因节点剪切破坏而失效，表现出一定的位移延性和承载能力。与常规钢筋混凝土节点相似，钢套箍空间节点由于直交梁和现浇板的协助抗震，其整体抗剪承载能力相应提高。空间节点抗震试验的加载方式对试验结果有很大的影响，当采用这种 45双向四端梁同步加载的方式之后，空间节点的强度、刚度、延性性能以及耗能能力均不如具备相同试验参数的平面节点或者平面加载的空间节点。在双向地震作用下，现浇板受力极其复杂，考察其参与抗震的程度时不应简单地取为梁两侧等效宽度
5、内的现浇板，这只是一个单向地震作用下计算现浇板提高梁端抗弯承载力的近似做法，其受力机理和抗震作用需要进一步研究。关键词：钢筋混凝土空间节点，钢套箍，现浇板，抗震性能，双向加载I 重庆大学硕士学位论文II 英文摘要ABSTRACT In ordinary RC beam-column joint, the longitudinal beam bars from two diffidentdirections crisscross with high-density, the same as the longitudinal column bars andstirrups, the overcro
6、wded situation in joint brings difficulties on concrete placement andbad effect on the quality of concrete. Considering the above situations, a new joint modewas put forward by our team, which is based on the tradition RC beam-column joint,named “Hoop-steel Joint”. Subsequently, several experiments
7、about this new joint onseismic behaviors were carried out and conclusions were made.In fact, the beam-column joint is in the form of 3D, which undertakes the bendingmoment, shear force, axial force and torque moment from beam, column and slab underthe multidirectional earthquakes. The result on seis
8、mic behavior and failure patterns ofjoints in 3D are different from those of joints in 2D, so the seismic performance ofjoints in 3D under bi-directional loading is necessarily to be studied.In this dissertation, a hoop-steel joint in 3D with floor slab named SGJ-1 under lowreversed 45-degree cyclic
9、 bi-directional loading were completed; the seismic behaviorand failure patterns were analyzed in detail. Models were established in finite elementprogram ABAQUS to make comparison with SGJ-1.Main conclusions are as follows: Comparison with ordinary RC beam-column joint, the overcrowded situationof
10、joint is ameliorated in hoop-steel joint, which brings convenience for concreteplacement and guarantee of quality. SGJ-1 failed because of the joint shear failure after the beam bars yielded ,butit still showed certain bearing capacity, displacement ductility . The Hoop-steel joint in 3D owns better
11、 shear capacity than the same joint in2D because of the assistance of slab and transverse beams. The loading method makes great effect on the seismic behavior of joints in 3D.The displacement ductility and energy dissipation capacity are worse when specimensin 3D are under the 45-degree cyclic bi-di
12、rectional loading. The slab stays in complicated mechanical state when specimens are under themultidirectional earthquakes. It is not fit to define specific area on each side of the beamwhere the reinforcement participates in the resistance of the beam against negativeflexure when the seismic behavi
13、or is been analyzing. Further studies on the mechanicalIII 重庆大学硕士学位论文properties of slab need to be taken.Keywords： 3D RC Joint, Steel-hoop, Cast-in-place Slab, Seismic Behavior,Bi-directional LoadingIV 目录目录中文摘要.I英文摘要. III1绪论 . 11.1课题背景和研究意义. 11.2国内外研究状况. 11.2.1新型节点研究现状. 11.2.2空间节点研究现状. 21.2.3考虑现浇板参与
14、受力的梁柱节点抗震研究现状 . 41.3存在的不足. 51.4本文研究的主要内容. 52试验方案 . 72.1试件参数. 72.2材性试验. 92.2.1混凝土强度试验. 92.2.2钢材材性试验. 102.3试验加载装置及加载制度. 102.3.1空间节点试验装置. 102.3.2加载制度. 142.4试验终止条件. 152.5量测内容和量测方法. 153试验现象以及量测结果 . 213.1试验过程及主要试验现象. 223.1.1试件试验参数. 223.1.2试验现象. 223.1.3柱纵筋应变. 263.1.4梁纵筋应变. 293.1.5板筋应变及板的破坏现象. 323.1.6梁纵筋滑移和
15、变形. 373.1.7核芯区箍筋应变. 393.1.8钢套箍应力应变. 423.1.9加载端 P-滞回曲线 . 46V 重庆大学硕士学位论文3.2小结 . 484试验结果分析 . 494.1节点受力机理对比 . 494.1.1常规钢筋混凝土节点. 494.1.2钢套箍钢筋混凝土节点. 504.2试件失效模式 . 514.2.1常规钢筋混凝土梁柱组合体失效模式. 514.2.2钢套箍钢空间节点的失效模式. 524.3节点核芯区抗剪承载力 . 544.4节点剪切变形以及钢筋滑移对组合体整体变形的影响 . 554.5抗震性能分析 . 584.5.1 P滞回曲线及骨架曲线. 584.5.2位移延性.
16、614.5.3承载能力退化. 634.5.4耗能性能. 644.5.5刚度退化. 654.6空间节点的抗震性能对比分析 . 674.6.1与常规空间节点试验结果对比. 674.6.2影响空间节点抗震性能的相关因素分析. 734.7小结 . 755钢套箍空间节点的有限元分析 . 775.1关于 ABAQUS. 775.2有限元模型. 775.2.1材料本构. 775.2.2单元类型. 785.2.3边界条件及加载方法. 785.2.4接触作用. 795.2.5网格划分. 805.3有限元分析结果与试验对比 . 815.3.1混凝土裂缝发展、受压损伤模拟结果与试验对比. 825.3.2滞回曲线模拟
17、结果与试验对比. 865.3.3钢套箍模拟结果与试验对比. 865.4节点受力特征及破坏形态 . 885.4.1钢套箍受力特征. 88VI 目录5.4.2节点区箍筋受力特征. 905.4.3节点区混凝土受力特征. 915.5空间节点的模型参数分析. 935.5.1空间节点在单向加载和双向加载下的对比 . 935.5.2现浇板参与作用的节点受力分析. 955.5.3钢套箍面板高度及材质对试件的影响. 975.6小结. 976结论与展望 . 996.1主要研究结论. 996.2对后续工作的展望. 99致谢. 101参考文献. 103录. 107附A钢套箍各面板主应力及主应力方向 . 107B试件
18、GJ-2、SGJ-1的设计参数对比. 116VII 重庆大学硕士学位论文VIII 1绪论1 绪论1.1课题背景和研究意义我国是当前世界上使用混凝土结构最多的国家，混凝土结构作为最普遍的建筑结构形式，以其优良的力学性能和经济效益获得广泛的肯定，目前国内外对于混凝土结构的研究也是相当地深入。其中，节点是建筑结构中连接其他建筑部件的重要部分，在抗震设计中占据着首要位置。国内外已对常规钢筋混凝土节点的抗震性能开展了大量的研究，对常规节点的抗震机理也有较为系统的理解。在“强节点，弱构件”的前提下，国内外研究学者都在探索满足不同要求的新型节点形式，并由此出现了一大批新型节点，如型钢混凝土框架节点、钢管混凝
19、土节点、组合节点，节点的含义或已超越单纯的钢筋混凝土，进入组合节点阶段。虽然这些新型节点在承载力以及抗震性能上到达了前所未有的高度，但是不可否认其在普遍适用性上与传统钢筋混凝土节点的差距，而且存在造价高、施工工艺复杂、占用空间大等问题。目前，常规钢筋混凝土节点仍是梁、柱筋交汇之处，拥挤的钢筋造成了施工的不便，进而可能影响到施工质量，在保证节点的力学性能和抗震性能的基础上探索基于常规节点且具有良好的施工便利性的新型节点具有重要的工程意义。鉴于此，本课题组创新地提出了一种基于常规钢筋混凝土节点的新型钢套箍节点，并在近年相继开展了这种新型节点的抗震性能试验研究，取得了不错的结果1。实际框架结构中的节点，大都以空间的形式存在，地震下的节点受到四周梁端、现浇板以及上下柱端的弯矩、剪力、轴力以及扭矩作用，节点处受力非常复杂，双向受力的空间节点表现出与单向受力的平面节点大不相同的破坏机理。而且当相互垂直的梁纵筋在节点交汇，相比平面节点，此时更显拥挤，探讨新型钢套箍节点的空间抗震性能既符合实际工程情况，又能体现出这种节点形式在改善节点拥挤现状上的优越性。鉴于以上，本文仍立足于常规混凝土节点，着眼于改善节点施工条件来探讨新型钢套箍节点在空间作用下的综合抗震性能。1.2国内外研究状况1
