钢筋混凝土框架异型中节点受力机理及设计方法研究

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目前,规范中关于节点的设计主要以常规节点试验资料为依据,对异型节点的受力性能研究较少,只是停留在经验认识上,异型节点的设计缺乏较完善的理论基础。因此,开展此类异型节点的研究工作具有较大的理论价值和实用价值。 本文针对大型火电厂钢筋混凝土结构中出现的框架异型中节点(变梁截面、变柱截面)进行研究。在试验(平面异型中节点试验和整体模型空间异型中节点试验)基础上,采用大型通用有限元软件ANSYS对平面异型中节点试件建立分离式模型,并进行了非线性有限元模拟分析。通过分析中节点两侧梁截面变化、节点上下柱截面变化、轴压比、混凝土强度、节点核芯箍筋、直交梁约束效应等因素对节点核芯区抗剪性能的影响,结合试验与有限元分析的结果,探讨了异型中节点(包括平面异型中节点和空间异型中节点)的受力机理及破坏模式。平面异型中节点以小核芯为控制单元,节点核芯区的受剪承载能力取决于小核芯区的混凝土强度、尺寸和配筋状况。由于应力扩散,大核芯区对小核芯区具有约束作用,这种约束作用通过大核芯面积与小核芯面积的比来反映,即大核芯区对小核芯区约束系数ξ1=1.2(A/A)—0.2(A/A2。空间异型中节点与平面异型中节点相比,多了直交梁的约束作用,参考试验结果和常规节点的研究成果,认为在地震荷载作用下,直交梁对节点区的约束作用有限,建议不应过高估计。同时,异型中节点可能发生四类破坏,即第一类破坏模式:小核芯区域的剪切破坏;第二类破坏模式:大小梁高差范围内的剪切破坏;第三类破坏模式:小梁梁端的弯曲破坏;第四类破坏模式:梁端屈服后的小核芯区剪切破坏。第三类破坏模式是比较理想的破坏模式,符合“强柱弱梁”的抗震要求。第一类及第四类破坏模式均发生在小核芯区域,发生第一类还是第四类破坏,关键在于核芯区配箍量的多少。在异型节点设计中要防止发生第一类和第四类的小核芯剪切破坏及第二类的大小梁高差范围内的剪切破坏,异型中节点是发生小核芯剪切破坏还是发生大小梁高差范围内的剪切破坏主要与小核芯面积、下柱的截面积及面积配箍率相关。 通过对异型中节点受力机理及破坏模式的分析,结合常规节点的设计方法,以节点通裂状态为准则,对这类异型中节点的抗震设计方法提出建议和实用的设计表达式,以希望对工程中经常出现的该类异型节点的设计提供参考。
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