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钢筋混凝土高层框架结构由于其自身受力特点,普遍存在柱混凝土强度高于梁的情况,节点混凝土由于要与柱保持一致,因此施工存在诸多不便,如工艺繁琐、协调困难、质量不佳等。因此,有人提出节点按梁混凝土浇筑,即所谓的“夹心节点”,可以较好地解决上述问题。然而,夹心节点也存在不足,由于节点按梁混凝土浇筑,相当于人为地降低了节点强度,核心区将出现“软心”问题,影响节点性能。鉴于此,本文提出采用灌浆料浇筑节点,利用灌浆料的“高强”来加强夹心节点的“软心”。为考察这一想法的可行性,本文进行了一系列的试验研究及理论分析,具体内容和成果如下:
(1)灌浆料工作性能试验研究
通过坍落扩展及L型仪试验,考察了加水量、豆石含量这两个研究参数对灌浆料坍落扩展度、T500流动时间、L型仪高度比的影响,得到了豆石型改性灌浆料的合理配比。
(2)灌浆料基本力学性能试验研究
以灌浆料类型、加水量、豆石含量为研究参数,研究了上述参数对灌浆料基本力学性能的影响,给出了灌浆料尺寸效应、强度转化、龄期强度等公式,对比了灌浆料与混凝土单轴受压应力-应变曲线之间的异同,给出了不同参数下灌浆料单轴受压应力-应变曲线方程。
(3)灌浆料夹心节点试验研究
通过7个灌浆料夹心节点和1个混凝土节点的抗震试验,研究了不同浇筑方式、不同节点配箍率、不同梁柱混凝土等级、不同核心区浇筑材料对节点抗震性能的影响,全面分析对比了节点的破坏模式、钢筋应变、抗震性能、变形性能。研究表明,浇筑方式、梁柱混凝土等级、核心区浇筑材料对节点性能影响较小,节点配箍率影响较大;灌浆料夹心节点破坏模式与混凝土节点相同;钢筋应变分布及发展规律差别不大;抗震性能基本相同,变形性能灌浆料夹心节点稍好,灌浆料夹心节点可行。
(4)灌浆料夹心节点数值分析
采用ABAQUS有限元软件对影响灌浆料夹心节点性能的剪压比、配箍率、轴压比等因素进行了参数分析,考察了上述参数对节点性能的影响。研究表明,梁柱混凝土等级、核心区浇筑材料对节点性能影响较小,剪压比、配箍率、轴压比影响较大;按照本文建模过程得到的模型试件的裂缝发展、破坏模式、钢筋应变等结果与试验结果吻合较好,本文建模过程可靠;相同条件下,灌浆料夹心节点受力性能稍好于混凝土节点,灌浆料夹心节点可行。
(5)灌浆料夹心节点受力机理及设计方法
在试验研究、数值分析基础上,分析了灌浆料夹心节点受力机理,考察了节点核心区剪力传递规律,给出了节点设计方法。研究表明,灌浆料夹心节点受力模型与混凝土节点相同,即也通过桁架机构、斜压杆机构、约束机构受力;灌浆料夹心节点桁架机构传递的剪力份额明显低于混凝土节点;灌浆料夹心节点设计方法基本与混凝土节点相同,只需改变个别参数取值。