600MPa级钢筋混凝土框架节点的延性性能研究

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依据我国现行的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)和《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)的设计要求,根据某实际工程,考虑了不同抗震等级、配筋率、轴压比和剪压比对配置600MPa级高强钢筋混凝土框架梁柱节点抗震性能的影响,设计了六榀1∶1模型的中间层中间节点试件,进行低周反复加载试验,着重分析了在现有规范下,配置600MPa级高强钢筋梁柱节点的综合抗震性能;采用美国PEER中心开发的结构非线性分析工具OpenSees,结合本文的试验数据,建立了宏观单元分析模型,分析了本文所设计试件在改变混凝土强度等级、提高配筋率后的抗震性能,并与配置400MPa级钢筋的混凝土框架梁柱节点进行了对比。本文所针对的具体问题以及主要结论如下:  1)当试件梁中采用600MPa级纵筋时,因为钢筋强度提高而弹性模量基本不变,所以当节点中钢筋屈服时试件的屈服应变比配置普通钢筋的梁柱节点要大。同等条件下,梁端达到屈服位移时,梁和节点核心区的裂缝开展要比普通梁柱节点充分,表现出了更加明显的非线性。  2)配置600MPa级高强钢筋的梁柱节点的滞回曲线总体呈反S形,捏缩现象明显,试件强度、加载刚度和加载再卸载刚度退化较快,位移延性系数大约为3~4.5,综合抗震性能满足规范要求,部分试件表现出了较好的抗震性能。  3)配置600MPa级高强钢筋的梁柱节点中,配筋率高的构件承载能力较强,耗能较好,刚度退化较慢,滞回曲线表现出的捏缩性较弱。轴压比对配置600MPa级高强钢筋的梁柱节点影响较大,轴压比大的试件,延性和耗能能力相对较差。  4)基于OpenSees的梁柱纤维模型和梁柱节点宏观模型能够较好地模拟框架组合件在低周反复荷载作用下的非线性反应。滞回曲线吻合良好,试件的卸载刚度退化、再加载刚度退化和强度退化均得到了较准确的预测。利用该数值模型,可对节点核心区的强度和变形能力进行较为准确的评估。  5)通过OpenSees进行参数分析,得出结论:①提高节点的混凝土强度能够在一定程度上改善节点受力性能。②在一定范围(界限配筋率)内,提高配筋率有利于增强节点的承载能力,减慢卸载刚度和加载再卸载刚度的退化,减弱滞回曲线的捏缩性,提高耗能能力,但同时使得节点强度退化加快,屈服位移增大,极限位移相对较小,与对比件相比表现出相对较差的延性性能。③与配有400MPa级钢筋的梁柱节点的数值模拟结果对比分析可得,配置600MPa级高强钢筋的梁柱节点峰值荷载较高,承载能力较强,在同等强度要求下,所需高强钢筋的使用量可以有效的减少。从骨架曲线的对比可以看出,高强钢筋的屈服位移较大,与400MPa级钢筋的梁柱节点的数值模拟结果相比延性性能较弱。  总体而言,配置600MPa级高强钢筋的梁柱节点的综合抗震性能基本满足规范要求,高强钢筋的使用可以节约资源,对国家的可持续发展意义重大,因此,高强钢筋在框架节点中的应用前景广阔。
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