高性能钢纤维混凝土节点受剪与抗震性能研究

通过高性能钢纤维混凝土梁柱边节点、中节点和板柱节点的试验研究和理论分析，探讨钢纤维对节点受剪性能和抗震性能的影响，分析钢纤维掺入方式、钢纤维体积率、混凝土强度等级等因素对高性能钢纤维混凝土节点抗裂性能、受剪承载力、延性和耗能能力等的增强和增韧效果，提出高性能钢纤维混凝土进入相邻梁和柱、板和柱的适宜深度值、保证节点区钢筋不拥挤的适宜钢纤维体积率以及高性能钢纤维混凝土节点的截面限制条件，建立高性能钢纤维混凝土节点受剪承载力的计算模型和设计方法以及恢复力计算模型和计算方法，为进一步完善我国的纤维混凝土结构技术规程提供试验依据和理论支撑。本项目对完善和发展钢纤维混凝土设计理论、推广新材料在工程中的应用具有较大的理论和实际意义。 2100433B

本项目研究工作按计划完成。 基于项目研究需要，开展了多类钢管混凝土叠合柱-钢梁节点抗震性能试验研究，具体包括：(1) 不同连接类型的钢管混凝土叠合柱-钢梁节点抗震性能试验。分析了环板连接宽度对节点抗震性能的影响。（2）钢管混凝土叠合柱-钢梁平面节点抗震性能试验。分析了关键参数，如轴压比、梁-柱线刚度比和承载力比对节点破坏模态和承载能力的影响。（3）钢管混凝土叠合柱-钢梁空间节点抗震性能试验。研究了空间节点的破坏形态、承载能力和内力、变形发展规律。建立了考虑材料在往复荷载下的损伤、不同部位材料本构和钢-混凝土相互作用的节点精细化有限元分析模型，并用典型试验结果进行了验证。利用验证的有限元模型，分析了关键参数影响因素，如核心区轴压比、节点核心区性质，连接构造、楼板等对钢管混凝土叠合柱-钢梁节点抗震性能的影响。提出了该类节点的传力机理和关键参数影响规律。通过参数分析，提出了钢管混凝土叠合构件刚度和变形简化计算方法，建立了钢管混凝土叠合构件的荷载-变形滞回关系模型，用于钢管混凝土叠合柱-钢梁节点宏观单元的建立。此外结合项目实际需求，还开展了钢管混凝土斜柱-钢梁连接节点的抗震性能试验，以及钢管混凝土构件拉弯性能试验，研究其承载力实用计算方法。综合上述研究成果，提出了钢管混凝土叠合柱-钢梁节点的抗震性能评价方法以及设计建议。 本项目的研究成果可为有关工程应用和设计规程的制订提供依据。结合项目研究工作，发表或收录期刊论文4篇（均为国际SCI期刊论文），重要国际和国内会议论文4篇（EI收录1篇），其中1篇会议论文获第24届全国结构工程学术会议优秀论文一等奖。获得授权国家实用新型专利2项。本项目研究有博士研究生1名和硕士研究生2名参加了工作。 2100433B

钢管混凝土叠合柱是以钢管混凝土为核心，在外围绑扎钢筋并浇筑混凝土而形成的一种构件。这类构件形式已经在国内数十座高层和超高层建筑中得到了应用。在实际工程中钢管混凝土叠合柱常和钢梁或混凝土梁连接形成梁柱节点。而目前关于钢管混凝土叠合节点抗震性能的研究还比较少。因此，开展该方面的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。.本项目深入研究钢管混凝土柱-钢梁节点的抗震性能。开展该类节点在柱顶恒定轴压力、梁端往复荷载作用下的试验研究，分析节点的破坏形态、承载能力和内力、变形发展规律。建立考虑材料损伤和钢-混凝土相互作用的节点精细化有限元分析模型。分析重要影响因素，如核心区轴压比、节点核心区性质、连接构造、楼板等对节点抗震性能的影响。建立节点核心区剪力-剪切变形关系和梁端弯矩-转角关系滞回模型，建立基于纤维梁柱单元的宏观节点单元模型。在此基础上提出钢管混凝土叠合柱-钢梁节点的抗震性能评价方法以及设计建议。

异形柱框架结构能够有效解决普通方矩形柱框架结构室内柱角外露的不足，改善室内环境观瞻，提高室内空间使用效率。普遍应用的异形钢筋混凝土柱由于柱肢较薄，对节点抗剪承载力不利，限制了其在高设防烈度地区的应用，相同设防烈度下房屋最大高度也远远小于普通框架结构。异形钢管混凝土柱框架节点凭借钢和混凝土的组合效应能够有效改善节点抗震性能，目前研究尚处于起步阶段。本项目将进行T形钢管混凝土柱框架节点的抗震性能试验，研究节点的受力机理、破坏模式和力学性能指标，考察轴压比、腹板肢长、钢管含钢率、混凝土强度等级等参数对节点抗震性能的影响规律，评价节点抗震性能的优势和不足。在试验研究基础上，进行节点有限元建模计算，并进行相关参数影响分析，提出节点抗剪承载力简化计算公式和节点低周往复加载恢复力模型，并给出工程应用设计方法。