【摘 要】
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钢筋混凝土板柱结构作为一种传统的建筑结构类型,由于支模简单、布筋方便以及空间利用率较高,降低了施工周期和工程成本,因此广泛应用于办公楼、商场和地下车库等建筑中。然而,在板柱连接处易发生冲切破坏,由此产生的荷载重分布可能导致建筑物发生灾难性的连续倒塌。目前,在竖向荷载和水平低周往复荷载共同作用下板柱节点的受力性能、破坏机理、承载力和变形能力评估方法等问题已成为各国学者关注的重点。因此,本文结合试验、
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（No.51338004,51178175）；
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钢筋混凝土板柱结构作为一种传统的建筑结构类型,由于支模简单、布筋方便以及空间利用率较高,降低了施工周期和工程成本,因此广泛应用于办公楼、商场和地下车库等建筑中。然而,在板柱连接处易发生冲切破坏,由此产生的荷载重分布可能导致建筑物发生灾难性的连续倒塌。目前,在竖向荷载和水平低周往复荷载共同作用下板柱节点的受力性能、破坏机理、承载力和变形能力评估方法等问题已成为各国学者关注的重点。因此,本文结合试验、数值分析和理论研究对板柱节点的上述问题进行了探讨并完成如下研究工作:（1）设计并完成了8个钢筋混凝土板柱节点（长×宽×高分别为2900 mm×2900 mm×150 mm）在竖向荷载和水平往复荷载共同作用下的抗震试验,主要试验变量包括重剪比（0.35、0.50、0.65）、纵筋配筋率（0.61%、0.81%）、抗冲切钢筋类型以及暗梁布置方式。试验加载过程中测得荷载、位移、纵向钢筋应变以及抗冲切钢筋应变,详细记录了各级水平位移下的裂缝分布。（2）根据各试件的试验结果,对板柱节点的抗震性能展开了深入研究,主要内容包括:板顶裂缝分布和冲切破坏面的特点、不平衡弯矩-层间位移角滞回曲线和骨架曲线、刚度退化规律、变形能力、板纵筋和抗冲切钢筋应变分布特征。试验结果表明,重剪比、纵筋配筋率和抗冲切钢筋对板柱节点的抗震性能有明显的影响;当重剪比较大时,配置抗冲切钢筋能显著改善板柱节点的抗震性能;根据抗冲切钢筋用量以及性能指标提高幅度,对比分析了不同类型抗冲切钢筋的作用效果,发现栓钉是最为经济有效的抗冲切措施;当设计暗梁抗冲切时,采用四肢箍筋（宽度取柱宽加柱两侧各0.4倍板厚）是较为经济的抗冲切措施,配置四肢箍筋的节点在破坏前具有良好的侧向变形能力。（3）基于ABAQUS软件中的混凝土损伤塑性模型建立了有限元模型,对板柱节点在竖向荷载和水平荷载共同作用下的受力性能进行了模拟。首先,给出了模型参数的取值原则和建议,根据试验结果校正了模型参数,并验证了所建立的模型和参数确定方法是合理的。其次,采用经校正的有限元模型,进一步模拟了本文其余的以及其他学者得到的试验结果,验证了校正有限元模型的适用性。再次,完成了参数化研究,分析了竖向荷载、纵筋配筋率、混凝土强度以及抗冲切栓钉布置方式对板柱节点不平衡弯矩承载力、侧向刚度和侧向变形能力的影响。最后,通过比较分析国内外规范计算结果与参数化研究结果,进一步验证了采用有限元模型得到的参数化研究计算结果是合理可靠的。（4）基于试验和有限元模拟数据,考虑板柱节点是否布置抗冲切钢筋,提出适用于各类节点（中柱节点、边柱节点和角柱节点）的简单准确的弯-冲相关性公式;进而推导出不平衡弯矩作用下板柱节点在临界截面上产生的极限剪应力的简化计算公式;通过对比我国规范公式的计算结果,验证了简化计算公式具有较好的预测能力。（5）研究了不同破坏模式（冲切破坏、弯冲破坏和弯曲破坏）下未配置抗冲切钢筋板柱节点的侧向变形能力,提出了两段式（曲线-直线）冲切破坏模型,通过对比已有计算模型验证了建议模型的合理性;基于建议模型,提出了简单有效的判断钢筋混凝土板柱节点是否需要配置抗冲切钢筋的方法。探讨了配置不同类型抗冲切钢筋板柱节点的侧向变形能力,提出了适用于配置栓钉和箍筋板柱节点的极限层间位移角计算公式。比较了未配置抗冲切钢筋和配置抗冲切钢筋板柱节点层间位移角限值曲线,分析了两类节点的侧向变形能力差异。（6）基于拟梁法概念和非线性模型,建立了适用于未配置抗冲切钢筋和配置抗冲切钢筋板柱节点的不平衡弯矩-转角关系简化模型,并通过试验结果校正了模型的特征点参数。结合板柱节点试验和有限元模拟结果,发现采用本文计算模型得到的不平衡弯矩-转角关系曲线与试验或有限元分析曲线较为吻合,验证了本文所提出计算模型的准确性和合理性。
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