大尺寸RC梁柱节点抗震性能及尺寸效应研究

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关于混凝土材料强度尺寸效应影响的试验研究已经开展很多;相关的理论研究也形成了Weibull随机强度统计理论、Kaplan混凝土断裂理论、Hillerborg裂纹模型,Bazant能量释放理论和Carpinteri分形理论等几大理论;都已有较为明确的结论,即混凝土抗压、抗拉和抗折强度等力学性能存在尺寸效应。  目前对大尺寸钢筋混凝土构件的分析和设计都是依据和参考基于小尺寸钢筋混凝土构件的试验和研究成果建立的设计理论、方法和公式;由小尺寸试件外推计算是否适用于大尺寸构件,对设计、施工等都提出了新的挑战,也是急需研究的课题。因此有必要开展大尺寸构件的性能以及尺寸效应的研究。  本文主要为揭示大尺寸钢筋混凝土梁柱节点力学性能的尺寸效应,通过试验研究的方法,设计了4大组、9小组、共18个不同截面尺寸的钢筋混凝土框架节点,柱子截面尺寸范围300mm×300mm、500mm×500mm、700mm×700mm和900mm×900mm;轴压比为0~0.3;核心区体积配箍率0%~0.84%;采用单调加载和低周反复加载试验;通过试验着重研究截面尺寸、轴压比、体积配箍率及加载方式下钢筋混凝土梁柱节点的抗震性能及尺寸效应,包括不同尺寸对钢筋混凝土节点的抗裂性能、抗剪承载力、荷载-位移曲线(骨架曲线)、刚度、延性、耗能能力等受力性能的影响。得出如下有意义的成果:  1)当节点截面尺寸由300mm增加到900mm时,开裂、屈服和极限荷载(强度)安全储备系数S(Sτ)降低幅度为17.80%~45.17%(16.89%~45.90%);开裂、屈服、极限和破坏荷载位移角分别降低16.63%~15.11%、31.90%~39.65%、69.15%~35.63%和56.34%~29.95%;随着尺寸的增加,刚度退化加快;位移延性系数降低;耗能系数E和单位截面面积耗能系数Ej增加;  2)基于试验数据,提出考虑尺寸效应的节点核心区抗剪承载力和抗剪强度的修正计算方法;通过试验值与拉压杆模型和规范的计算值对比分析,提出本文修正法、修正Bazant法和修正Kim法,并得到相应的截面高度修正系数;  3)提出考虑尺寸效应的节点核心区剪切变形的修正计算方法;通过试验值与计算值对比分析,提出直接法、模量法,并得到相应的截面高度修正系数;  4)提出考虑尺寸效应的节点核心区恢复力模型;在提出考虑尺寸效应抗剪承载力和核心区剪切变形修正计算方法的基础上,进一步提出考虑尺寸效应的恢复力模型,并归一化后验证其合理性。
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