斜向地震作用下RC框架中間空間角節(jié)點破壞機理研究

1、1.多次震害表明，框架結(jié)構(gòu)柱及節(jié)點的破壞是導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴重震 害的主要原因。 1 12 23 34 45 5 選題背景與意義選題背景與意義 時間時間地點地點震級震級破壞形式破壞形式 1967-07-291967-07-29 委內(nèi)瑞拉委內(nèi)瑞拉CaracasCaracas6.36.3底層柱破壞嚴重，無箍筋的角柱節(jié)點發(fā)生剪切破壞底層柱破壞嚴重，無箍筋的角柱節(jié)點發(fā)生剪切破壞 1968-05-161968-05-16日本十勝沖日本十勝沖8.08.0短柱破壞嚴重，無箍筋約束的頂層角節(jié)點破壞嚴重短柱破壞嚴重，無箍筋約束的頂層角節(jié)點破壞嚴重 1972-12-231972-12-23 尼加拉瓜尼加拉瓜Man

2、aguaManagua6.56.5節(jié)點發(fā)生剪切破壞，多處房屋整體倒塌節(jié)點發(fā)生剪切破壞，多處房屋整體倒塌 1976-07-281976-07-28中國唐山中國唐山7.87.8 框架結(jié)構(gòu)在地震中經(jīng)受住考驗，柱端和節(jié)點核芯區(qū)的破壞嚴框架結(jié)構(gòu)在地震中經(jīng)受住考驗，柱端和節(jié)點核芯區(qū)的破壞嚴 重重 1977-03-051977-03-05 羅馬尼亞羅馬尼亞 BucharestBucharest 7.27.2 節(jié)點核芯區(qū)混凝土剝落，柱筋外鼓節(jié)點核芯區(qū)混凝土剝落，柱筋外鼓, ,角柱節(jié)點混凝土保護層角柱節(jié)點混凝土保護層 剝落剝落 1989-10-171989-10-17羅馬羅馬PrietaPrieta7.47.4

3、中層框架柱頂部發(fā)生破壞，柱筋壓曲，混凝土崩落嚴重中層框架柱頂部發(fā)生破壞，柱筋壓曲，混凝土崩落嚴重 1995-01-171995-01-17日本關(guān)西阪神日本關(guān)西阪神7.27.2鋼筋混凝土短柱和梁柱節(jié)點發(fā)生脆性剪切破壞鋼筋混凝土短柱和梁柱節(jié)點發(fā)生脆性剪切破壞 2008-05-122008-05-12中國四川汶川中國四川汶川8.08.0 底層柱破壞最為嚴重，柱端形成塑性餃，梁柱節(jié)點多發(fā)生剪底層柱破壞最為嚴重，柱端形成塑性餃，梁柱節(jié)點多發(fā)生剪 切破壞切破壞 2010-01-122010-01-12海地太子港海地太子港7.37.3底層柱和框架節(jié)點破壞嚴重，多幢房屋整體倒塌底層柱和框架節(jié)點破壞嚴重，多幢房

4、屋整體倒塌 1 12 23 34 45 5 選題背景與意義選題背景與意義 1 12 23 34 45 5 規(guī)范對于角節(jié)點核心區(qū)、角柱的特殊規(guī)定：規(guī)范對于角節(jié)點核心區(qū)、角柱的特殊規(guī)定： 角角 節(jié)節(jié) 點點 核核 心心 區(qū)區(qū) 對于梁截面較小或只有一個方向有直交梁的中間節(jié)點以對于梁截面較小或只有一個方向有直交梁的中間節(jié)點以 及邊節(jié)點、角節(jié)點均不考慮梁對節(jié)點的約束影響及邊節(jié)點、角節(jié)點均不考慮梁對節(jié)點的約束影響 角角 柱柱 考慮角柱的雙向偏心考慮角柱的雙向偏心 受壓以及受扭的不利受壓以及受扭的不利 影響影響 2.地震動輸入具有多維任意性的特點，現(xiàn)行規(guī)范對結(jié)構(gòu)只進行主軸方向 的設(shè)計，這是角節(jié)點形成“強梁弱柱

5、”破壞機制的原因之一。 cxcbx MM= 邋 22 c45bxby MMM（） （）=+ c45 2 bx MM= c45 2= 邋cbx MM 東東 西西 向向 南南 北北 向向 豎豎 向向 1 12 23 34 45 5 3.國內(nèi)外對框架角節(jié)點研究工作較少，僅有的研究也是限于多參數(shù) 對平面角節(jié)點核心區(qū)抗剪承載力的影響，且框架空間角節(jié)點相對 于中間節(jié)點少了兩根梁的約束，而且受到扭矩作用，且柱為雙向 偏心受壓，往往在震害中成為結(jié)構(gòu)最薄弱環(huán)節(jié)。 角節(jié)點角節(jié)點 角節(jié)點核心區(qū)角節(jié)點核心區(qū) 劉春陽對斜向地震荷載劉春陽對斜向地震荷載 作用下的空間中節(jié)點抗作用下的空間中節(jié)點抗 震性能進行了試驗研究。震性

6、能進行了試驗研究。 1 12 23 34 45 5 新西蘭坎特伯里大學(xué)于新西蘭坎特伯里大學(xué)于19801980年也曾做過空間框架節(jié)點的試驗?zāi)暌苍鲞^空間框架節(jié)點的試驗。 美國德克薩斯大學(xué)于美國德克薩斯大學(xué)于19791979年曾進行過一組年曾進行過一組( (三個三個) )空間框架節(jié)點試驗?？臻g框架節(jié)點試驗。 日本東京大學(xué)于日本東京大學(xué)于19871987年曾進行了三個帶板的空間框架節(jié)點試驗?zāi)暝M行了三個帶板的空間框架節(jié)點試驗 。 19831983年東南大學(xué)唐九如進行了年東南大學(xué)唐九如進行了1212個足尺的邊節(jié)點低周反復(fù)加載試驗。個足尺的邊節(jié)點低周反復(fù)加載試驗。 19871987年同濟大學(xué)和中國建筑科

7、學(xué)研究院與日本、新西蘭年同濟大學(xué)和中國建筑科學(xué)研究院與日本、新西蘭 和美國進行國際合作，做了和美國進行國際合作，做了6 6個（帶板個（帶板2 2個）足尺的框架節(jié)點試驗。個）足尺的框架節(jié)點試驗。 20082008年崔建宇進行年崔建宇進行6 6個鋼筋混凝土框架角節(jié)點的低周反復(fù)加載試驗。個鋼筋混凝土框架角節(jié)點的低周反復(fù)加載試驗。 20102010年北京工業(yè)大學(xué)劉春陽進行了年北京工業(yè)大學(xué)劉春陽進行了6 6個中間層空間節(jié)點（帶板個中間層空間節(jié)點（帶板2 2個）個） 平面和斜向的低周反復(fù)加載試驗。平面和斜向的低周反復(fù)加載試驗。 試驗結(jié)果：破壞形態(tài)是梁端剪彎破壞； 節(jié)點核心區(qū)未形成通裂；樓板的工作情況良好。

8、 主要結(jié)論：樓板明顯提高了梁負彎矩抗彎能力， 但塑性餃仍出現(xiàn)在梁上，未轉(zhuǎn)移到柱子上。 對于帶板的節(jié)點其梁柱抗彎強度比應(yīng)適當(dāng)加大。 試驗結(jié)果：平面內(nèi)荷載作用下的試件為梁鉸破壞機制， 而斜向荷載作用下的試件為柱鉸破壞機制。 斜向試件柱截面彎曲承載力為 平面加載梁端抗彎承載力在45方向合成值的88%， 柱端沿45方向抗彎承載力為試件柱子在 主軸平面內(nèi)按材料實際強度計算抗彎承載力的89%。 主要結(jié)論： 在主軸方向強柱弱梁設(shè)計的梁柱節(jié)點， 在斜向荷載作用下出現(xiàn)柱鉸破壞，沒有實現(xiàn)強柱弱梁設(shè)計。 試驗結(jié)果：所有試件破壞類型屬于節(jié)點剪切破壞型, 梁柱構(gòu)件主筋沒有發(fā)生屈服。 雙向加載試件的節(jié)點開裂荷載比平面加載

9、試件小， 角節(jié)點強度降低20% 左右。 主要結(jié)論：在梁端荷載不變的情況下, 雙向荷載時合力方向 剪切應(yīng)力要大于平面加載，在進行抗震設(shè)計時, 應(yīng)把角節(jié)點作為所有邊節(jié)點中 最不利情況處理, 應(yīng)考慮雙向加載的不利影響。 1 12 23 34 45 5 梁端梁端 彎曲破壞彎曲破壞 柱端柱端 彎曲破壞彎曲破壞 梁縱筋梁縱筋 粘結(jié)破壞粘結(jié)破壞 核心區(qū)核心區(qū) 剪切破壞剪切破壞 強剪弱彎強剪弱彎 強柱弱梁強柱弱梁 強節(jié)點弱構(gòu)件強節(jié)點弱構(gòu)件 斜向地震作用斜向地震作用 高階振型作用高階振型作用 反復(fù)地震作用反復(fù)地震作用 梁縱筋在梁縱筋在 節(jié)點核芯區(qū)節(jié)點核芯區(qū) 貫穿段的貫穿段的 粘結(jié)較差粘結(jié)較差 節(jié)點核芯區(qū)節(jié)點核芯

10、區(qū) 產(chǎn)生斜裂縫產(chǎn)生斜裂縫 箍筋屈服箍筋屈服 1 12 23 34 45 5 2 2 1 sincos cu cuxcuy M MM 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 cuxbux MM 1 2 cuybuy MM Mbuy Mbux 45 1 2 cubux MM 4545bcu MM 節(jié)點平衡節(jié)點平衡 45 2 bbux MM 22 bbuxbuy MMM 1 12 23 34 45 5 框架空間角節(jié)點在斜向地震框架空間角節(jié)點在斜向地震 作用下的破壞形式與機理作用下的破壞形式與機理 基于地震動多維任意基于地震動多維任意 性的特點，從力學(xué)分性的特點，從力學(xué)分 析的角度對框架空間析的角度對框

11、架空間 角節(jié)點處的梁、柱截角節(jié)點處的梁、柱截 面在斜向的抗彎強度面在斜向的抗彎強度 關(guān)系進行探討研究。關(guān)系進行探討研究。 進行鋼筋混凝土框架進行鋼筋混凝土框架 角柱空間節(jié)點的抗震角柱空間節(jié)點的抗震 性能研究，明確空間性能研究，明確空間 節(jié)點在斜向地震荷載節(jié)點在斜向地震荷載 作用下的破壞模式。作用下的破壞模式。 對空間角節(jié)點試驗進對空間角節(jié)點試驗進 行數(shù)值分析，將分析行數(shù)值分析，將分析 結(jié)果與試驗研究結(jié)果結(jié)果與試驗研究結(jié)果 對比，研究多參數(shù)對對比，研究多參數(shù)對 斜向地震作用下角節(jié)斜向地震作用下角節(jié) 點破壞機制的影響。點破壞機制的影響。 理論分析模型試驗數(shù)值模擬 1 12 23 34 45 5 理

12、論理論 分析分析 傳力機構(gòu)傳力機構(gòu) 結(jié)合已有的對節(jié)點三種結(jié)合已有的對節(jié)點三種 典型的傳力機構(gòu)，分析典型的傳力機構(gòu)，分析 對于框架空間角節(jié)點較對于框架空間角節(jié)點較 為適用的傳力機構(gòu)。為適用的傳力機構(gòu)。 失效方式失效方式 比較梁、柱端和節(jié)點破壞比較梁、柱端和節(jié)點破壞 的先后順序考慮角節(jié)點失的先后順序考慮角節(jié)點失 效方式情況，并以此分析效方式情況，并以此分析 其失效特征，為后期抗震其失效特征，為后期抗震 性能試驗準(zhǔn)備理論基礎(chǔ)。性能試驗準(zhǔn)備理論基礎(chǔ)。 承載力計算承載力計算 結(jié)合規(guī)范對節(jié)點的抗剪承結(jié)合規(guī)范對節(jié)點的抗剪承 載力和載力和雙向壓彎作用下柱雙向壓彎作用下柱 正截面承載力與梁正截面正截面承載力與梁

13、正截面 承載力計算方法，分析角承載力計算方法，分析角 節(jié)點的承載力計算方法。節(jié)點的承載力計算方法。 力學(xué)計算力學(xué)計算 從受力分析的角度出發(fā)，從受力分析的角度出發(fā)， 對角節(jié)點處梁截面彎矩在對角節(jié)點處梁截面彎矩在 斜向方向的合成強度及柱斜向方向的合成強度及柱 截面沿斜向方向的強度關(guān)截面沿斜向方向的強度關(guān) 系進行比較分析。系進行比較分析。 研究內(nèi)容與方案研究內(nèi)容與方案 1 12 23 34 45 5 角節(jié)點抗震角節(jié)點抗震 性能試驗?zāi)康男阅茉囼災(zāi)康?研究內(nèi)容與方案研究內(nèi)容與方案 空間角節(jié)點試驗擬按照規(guī)范空間角節(jié)點試驗擬按照規(guī)范“強柱弱梁強柱弱梁”原則制作原則制作2 2個試件。個試件。 KJCJ1KJC

14、J1試件進行平面內(nèi)低周反復(fù)加載試驗，作為對比試件。試件進行平面內(nèi)低周反復(fù)加載試驗，作為對比試件。 KJCJ2 KJCJ2試件主要進行斜向反復(fù)加載試驗下的破壞機理研究。試件主要進行斜向反復(fù)加載試驗下的破壞機理研究。 1 12 23 34 45 5 *角節(jié)點柱多為雙向偏心受壓的不利情況，而且角節(jié)點還會 受到扭矩，受力情況復(fù)雜。 *空間角節(jié)點為不完全對稱形式，在試驗時為不平衡受力狀 態(tài)，保證試驗的順利進行需要考慮。 *由于角節(jié)點梁端易出現(xiàn)梁端滑移現(xiàn)象，數(shù)值分析模擬時如 何描述鋼筋單元與混凝土單元的協(xié)同工作。 1 12 23 34 45 5 1.多次震害表明，框架結(jié)構(gòu)柱及節(jié)點的破壞是導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴

15、重震 害的主要原因。 1 12 23 34 45 5 選題背景與意義選題背景與意義 時間時間地點地點震級震級破壞形式破壞形式 1967-07-291967-07-29 委內(nèi)瑞拉委內(nèi)瑞拉CaracasCaracas6.36.3底層柱破壞嚴重，無箍筋的角柱節(jié)點發(fā)生剪切破壞底層柱破壞嚴重，無箍筋的角柱節(jié)點發(fā)生剪切破壞 1968-05-161968-05-16日本十勝沖日本十勝沖8.08.0短柱破壞嚴重，無箍筋約束的頂層角節(jié)點破壞嚴重短柱破壞嚴重，無箍筋約束的頂層角節(jié)點破壞嚴重 1972-12-231972-12-23 尼加拉瓜尼加拉瓜ManaguaManagua6.56.5節(jié)點發(fā)生剪切破壞，多處房屋

16、整體倒塌節(jié)點發(fā)生剪切破壞，多處房屋整體倒塌 1976-07-281976-07-28中國唐山中國唐山7.87.8 框架結(jié)構(gòu)在地震中經(jīng)受住考驗，柱端和節(jié)點核芯區(qū)的破壞嚴框架結(jié)構(gòu)在地震中經(jīng)受住考驗，柱端和節(jié)點核芯區(qū)的破壞嚴 重重 1977-03-051977-03-05 羅馬尼亞羅馬尼亞 BucharestBucharest 7.27.2 節(jié)點核芯區(qū)混凝土剝落，柱筋外鼓節(jié)點核芯區(qū)混凝土剝落，柱筋外鼓, ,角柱節(jié)點混凝土保護層角柱節(jié)點混凝土保護層 剝落剝落 1989-10-171989-10-17羅馬羅馬PrietaPrieta7.47.4中層框架柱頂部發(fā)生破壞，柱筋壓曲，混凝土崩落嚴重中層框架柱頂部發(fā)生破壞，柱筋壓曲，混凝土崩落嚴重 1995-01-171995-01-17日本關(guān)西阪神日本關(guān)西阪神7.27.2鋼筋混凝土短柱和梁柱節(jié)點發(fā)生脆性剪切破壞鋼筋混凝土短柱和梁柱節(jié)點發(fā)生脆性剪切破壞 2008-05-122008-05-12中國四川汶川中國四川汶川8.08.0 底層柱破壞最為嚴重，柱端形成塑性餃，梁柱節(jié)點多發(fā)生剪底層柱破壞最為嚴重，柱端形成塑性餃，梁柱節(jié)點多發(fā)生剪 切破壞切破壞 2010-01-122010-01-12海地太子港海地太子港7.37.3底層柱和框架節(jié)點破壞嚴重，多幢房屋