斜向地震作用下RC框架中間空間角節(jié)點(diǎn)破壞機(jī)理研究

1、1.多次震害表明，框架結(jié)構(gòu)柱及節(jié)點(diǎn)的破壞是導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)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(shí)間時(shí)間地點(diǎn)地點(diǎn)震級(jí)震級(jí)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(yán)重，無(wú)箍筋的角柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切破壞底層柱破壞嚴(yán)重，無(wú)箍筋的角柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切破壞 1968-05-161968-05-16日本十勝?zèng)_日本十勝?zèng)_8.08.0短柱破壞嚴(yán)重，無(wú)箍筋約束的頂層角節(jié)點(diǎn)破壞嚴(yán)重短柱破壞嚴(yán)重，無(wú)箍筋約束的頂層角節(jié)點(diǎn)破壞嚴(yán)重 1972-12-231972-12-23 尼加拉瓜尼加拉瓜Man

2、aguaManagua6.56.5節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切破壞，多處房屋整體倒塌節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切破壞，多處房屋整體倒塌 1976-07-281976-07-28中國(guó)唐山中國(guó)唐山7.87.8 框架結(jié)構(gòu)在地震中經(jīng)受住考驗(yàn)，柱端和節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的破壞嚴(yán)框架結(jié)構(gòu)在地震中經(jīng)受住考驗(yàn)，柱端和節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的破壞嚴(yán) 重重 1977-03-051977-03-05 羅馬尼亞羅馬尼亞 BucharestBucharest 7.27.2 節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)混凝土剝落，柱筋外鼓節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)混凝土剝落，柱筋外鼓, ,角柱節(jié)點(diǎn)混凝土保護(hù)層角柱節(jié)點(diǎn)混凝土保護(hù)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(yán)重中層框架柱頂部發(fā)生破壞，柱筋壓曲，混凝土崩落嚴(yán)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(diǎn)發(fā)生脆性剪切破壞鋼筋混凝土短柱和梁柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生脆性剪切破壞 2008-05-122008-05-12中國(guó)四川汶川中國(guó)四川汶川8.08.0 底層柱破壞最為嚴(yán)重，柱端形成塑性餃，梁柱節(jié)點(diǎn)多發(fā)生剪底層柱破壞最為嚴(yán)重，柱端形成塑性餃，梁柱節(jié)點(diǎn)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(diǎn)破壞嚴(yán)重，多幢房屋整體倒塌底層柱和框架節(jié)點(diǎn)破壞嚴(yán)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(duì)于角節(jié)點(diǎn)核心區(qū)、角柱的特殊規(guī)定：規(guī)范對(duì)于角節(jié)點(diǎn)核心區(qū)、角柱的特殊規(guī)定： 角角 節(jié)節(jié) 點(diǎn)點(diǎn) 核核 心心 區(qū)區(qū) 對(duì)于梁截面較小或只有一個(gè)方向有直交梁的中間節(jié)點(diǎn)以對(duì)于梁截面較小或只有一個(gè)方向有直交梁的中間節(jié)點(diǎn)以 及邊節(jié)點(diǎn)、角節(jié)點(diǎn)均不考慮梁對(duì)節(jié)點(diǎn)的約束影響及邊節(jié)點(diǎn)、角節(jié)點(diǎn)均不考慮梁對(duì)節(jié)點(diǎn)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(dòng)輸入具有多維任意性的特點(diǎn)，現(xiàn)行規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)只進(jìn)行主軸方向 的設(shè)計(jì)，這是角節(jié)點(diǎn)形成“強(qiáng)梁弱柱

5、”破壞機(jī)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(guó)內(nèi)外對(duì)框架角節(jié)點(diǎn)研究工作較少，僅有的研究也是限于多參數(shù) 對(duì)平面角節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪承載力的影響，且框架空間角節(jié)點(diǎn)相對(duì) 于中間節(jié)點(diǎn)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(diǎn)角節(jié)點(diǎn) 角節(jié)點(diǎn)核心區(qū)角節(jié)點(diǎn)核心區(qū) 劉春陽(yáng)對(duì)斜向地震荷載劉春陽(yáng)對(duì)斜向地震荷載 作用下的空間中節(jié)點(diǎn)抗作用下的空間中節(jié)點(diǎn)抗 震性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。震性

6、能進(jìn)行了試驗(yàn)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(guò)空間框架節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)?zāi)暌苍鲞^(guò)空間框架節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)。 美國(guó)德克薩斯大學(xué)于美國(guó)德克薩斯大學(xué)于19791979年曾進(jìn)行過(guò)一組年曾進(jìn)行過(guò)一組( (三個(gè)三個(gè)) )空間框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)。空間框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)。 日本東京大學(xué)于日本東京大學(xué)于19871987年曾進(jìn)行了三個(gè)帶板的空間框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)?zāi)暝M(jìn)行了三個(gè)帶板的空間框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn) 。 19831983年?yáng)|南大學(xué)唐九如進(jìn)行了年?yáng)|南大學(xué)唐九如進(jìn)行了1212個(gè)足尺的邊節(jié)點(diǎn)低周反復(fù)加載試驗(yàn)。個(gè)足尺的邊節(jié)點(diǎn)低周反復(fù)加載試驗(yàn)。 19871987年同濟(jì)大學(xué)和中國(guó)建筑科

7、學(xué)研究院與日本、新西蘭年同濟(jì)大學(xué)和中國(guó)建筑科學(xué)研究院與日本、新西蘭 和美國(guó)進(jìn)行國(guó)際合作，做了和美國(guó)進(jìn)行國(guó)際合作，做了6 6個(gè)（帶板個(gè)（帶板2 2個(gè)）足尺的框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)。個(gè)）足尺的框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)。 20082008年崔建宇進(jìn)行年崔建宇進(jìn)行6 6個(gè)鋼筋混凝土框架角節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)加載試驗(yàn)。個(gè)鋼筋混凝土框架角節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)加載試驗(yàn)。 20102010年北京工業(yè)大學(xué)劉春陽(yáng)進(jìn)行了年北京工業(yè)大學(xué)劉春陽(yáng)進(jìn)行了6 6個(gè)中間層空間節(jié)點(diǎn)（帶板個(gè)中間層空間節(jié)點(diǎn)（帶板2 2個(gè)）個(gè)） 平面和斜向的低周反復(fù)加載試驗(yàn)。平面和斜向的低周反復(fù)加載試驗(yàn)。 試驗(yàn)結(jié)果：破壞形態(tài)是梁端剪彎破壞； 節(jié)點(diǎn)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(fù)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(duì)于帶板的節(jié)點(diǎn)其梁柱抗彎強(qiáng)度比應(yīng)適當(dāng)加大。 試驗(yàn)結(jié)果：平面內(nèi)荷載作用下的試件為梁鉸破壞機(jī)制， 而斜向荷載作用下的試件為柱鉸破壞機(jī)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(shí)際強(qiáng)度計(jì)算抗彎承載力的89%。 主要結(jié)論： 在主軸方向強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)的梁柱節(jié)點(diǎn)， 在斜向荷載作用下出現(xiàn)柱鉸破壞，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)。 試驗(yàn)結(jié)果：所有試件破壞類(lèi)型屬于節(jié)點(diǎn)剪切破壞型, 梁柱構(gòu)件主筋沒(méi)有發(fā)生屈服。 雙向加載試件的節(jié)點(diǎn)開(kāi)裂荷載比平面加載

9、試件小， 角節(jié)點(diǎn)強(qiáng)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(shí)合力方向 剪切應(yīng)力要大于平面加載，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí), 應(yīng)把角節(jié)點(diǎn)作為所有邊節(jié)點(diǎn)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(qiáng)剪弱彎強(qiáng)剪弱彎 強(qiáng)柱弱梁強(qiáng)柱弱梁 強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件強(qiáng)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)核芯區(qū)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)核芯區(qū)節(jié)點(diǎn)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)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(diǎn)平衡節(jié)點(diǎn)平衡 45 2 bbux MM 22 bbuxbuy MMM 1 12 23 34 45 5 框架空間角節(jié)點(diǎn)在斜向地震框架空間角節(jié)點(diǎn)在斜向地震 作用下的破壞形式與機(jī)理作用下的破壞形式與機(jī)理 基于地震動(dòng)多維任意基于地震動(dòng)多維任意 性的特點(diǎn)，從力學(xué)分性的特點(diǎn)，從力學(xué)分 析的角度對(duì)框架空間析的角度對(duì)框

11、架空間 角節(jié)點(diǎn)處的梁、柱截角節(jié)點(diǎn)處的梁、柱截 面在斜向的抗彎強(qiáng)度面在斜向的抗彎強(qiáng)度 關(guān)系進(jìn)行探討研究。關(guān)系進(jìn)行探討研究。 進(jìn)行鋼筋混凝土框架進(jìn)行鋼筋混凝土框架 角柱空間節(jié)點(diǎn)的抗震角柱空間節(jié)點(diǎn)的抗震 性能研究，明確空間性能研究，明確空間 節(jié)點(diǎn)在斜向地震荷載節(jié)點(diǎn)在斜向地震荷載 作用下的破壞模式。作用下的破壞模式。 對(duì)空間角節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)進(jìn)對(duì)空間角節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)進(jìn) 行數(shù)值分析，將分析行數(shù)值分析，將分析 結(jié)果與試驗(yàn)研究結(jié)果結(jié)果與試驗(yàn)研究結(jié)果 對(duì)比，研究多參數(shù)對(duì)對(duì)比，研究多參數(shù)對(duì) 斜向地震作用下角節(jié)斜向地震作用下角節(jié) 點(diǎn)破壞機(jī)制的影響。點(diǎn)破壞機(jī)制的影響。 理論分析模型試驗(yàn)數(shù)值模擬 1 12 23 34 45 5 理

12、論理論 分析分析 傳力機(jī)構(gòu)傳力機(jī)構(gòu) 結(jié)合已有的對(duì)節(jié)點(diǎn)三種結(jié)合已有的對(duì)節(jié)點(diǎn)三種 典型的傳力機(jī)構(gòu)，分析典型的傳力機(jī)構(gòu)，分析 對(duì)于框架空間角節(jié)點(diǎn)較對(duì)于框架空間角節(jié)點(diǎn)較 為適用的傳力機(jī)構(gòu)。為適用的傳力機(jī)構(gòu)。 失效方式失效方式 比較梁、柱端和節(jié)點(diǎn)破壞比較梁、柱端和節(jié)點(diǎn)破壞 的先后順序考慮角節(jié)點(diǎn)失的先后順序考慮角節(jié)點(diǎn)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(yàn)準(zhǔn)備理論基礎(chǔ)。性能試驗(yàn)準(zhǔn)備理論基礎(chǔ)。 承載力計(jì)算承載力計(jì)算 結(jié)合規(guī)范對(duì)節(jié)點(diǎn)的抗剪承結(jié)合規(guī)范對(duì)節(jié)點(diǎn)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(jì)算方法，分析角承載力計(jì)算方法，分析角 節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算方法。節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算方法。 力學(xué)計(jì)算力學(xué)計(jì)算 從受力分析的角度出發(fā)，從受力分析的角度出發(fā)， 對(duì)角節(jié)點(diǎn)處梁截面彎矩在對(duì)角節(jié)點(diǎn)處梁截面彎矩在 斜向方向的合成強(qiáng)度及柱斜向方向的合成強(qiáng)度及柱 截面沿斜向方向的強(qiáng)度關(guān)截面沿斜向方向的強(qiáng)度關(guān) 系進(jìn)行比較分析。系進(jìn)行比較分析。 研究?jī)?nèi)容與方案研究?jī)?nèi)容與方案 1 12 23 34 45 5 角節(jié)點(diǎn)抗震角節(jié)點(diǎn)抗震 性能試驗(yàn)?zāi)康男阅茉囼?yàn)?zāi)康?研究?jī)?nèi)容與方案研究?jī)?nèi)容與方案 空間角節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)擬按照規(guī)范空間角節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)擬按照規(guī)范“強(qiáng)柱弱梁強(qiáng)柱弱梁”原則制作原則制作2 2個(gè)試件。個(gè)試件。 KJCJ1KJC

14、J1試件進(jìn)行平面內(nèi)低周反復(fù)加載試驗(yàn)，作為對(duì)比試件。試件進(jìn)行平面內(nèi)低周反復(fù)加載試驗(yàn)，作為對(duì)比試件。 KJCJ2 KJCJ2試件主要進(jìn)行斜向反復(fù)加載試驗(yàn)下的破壞機(jī)理研究。試件主要進(jìn)行斜向反復(fù)加載試驗(yàn)下的破壞機(jī)理研究。 1 12 23 34 45 5 *角節(jié)點(diǎn)柱多為雙向偏心受壓的不利情況，而且角節(jié)點(diǎn)還會(huì) 受到扭矩，受力情況復(fù)雜。 *空間角節(jié)點(diǎn)為不完全對(duì)稱形式，在試驗(yàn)時(shí)為不平衡受力狀 態(tài)，保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行需要考慮。 *由于角節(jié)點(diǎn)梁端易出現(xiàn)梁端滑移現(xiàn)象，數(shù)值分析模擬時(shí)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(diǎn)的破壞是導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)

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(shí)間時(shí)間地點(diǎn)地點(diǎn)震級(jí)震級(jí)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(yán)重，無(wú)箍筋的角柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切破壞底層柱破壞嚴(yán)重，無(wú)箍筋的角柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切破壞 1968-05-161968-05-16日本十勝?zèng)_日本十勝?zèng)_8.08.0短柱破壞嚴(yán)重，無(wú)箍筋約束的頂層角節(jié)點(diǎn)破壞嚴(yán)重短柱破壞嚴(yán)重，無(wú)箍筋約束的頂層角節(jié)點(diǎn)破壞嚴(yán)重 1972-12-231972-12-23 尼加拉瓜尼加拉瓜ManaguaManagua6.56.5節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切破壞，多處房屋

16、整體倒塌節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切破壞，多處房屋整體倒塌 1976-07-281976-07-28中國(guó)唐山中國(guó)唐山7.87.8 框架結(jié)構(gòu)在地震中經(jīng)受住考驗(yàn)，柱端和節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的破壞嚴(yán)框架結(jié)構(gòu)在地震中經(jīng)受住考驗(yàn)，柱端和節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的破壞嚴(yán) 重重 1977-03-051977-03-05 羅馬尼亞羅馬尼亞 BucharestBucharest 7.27.2 節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)混凝土剝落，柱筋外鼓節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)混凝土剝落，柱筋外鼓, ,角柱節(jié)點(diǎn)混凝土保護(hù)層角柱節(jié)點(diǎn)混凝土保護(hù)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(yán)重中層框架柱頂部發(fā)生破壞，柱筋壓曲，混凝土崩落嚴(yán)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(diǎn)發(fā)生脆性剪切破壞鋼筋混凝土短柱和梁柱節(jié)點(diǎn)發(fā)生脆性剪切破壞 2008-05-122008-05-12中國(guó)四川汶川中國(guó)四川汶川8.08.0 底層柱破壞最為嚴(yán)重，柱端形成塑性餃，梁柱節(jié)點(diǎn)多發(fā)生剪底層柱破壞最為嚴(yán)重，柱端形成塑性餃，梁柱節(jié)點(diǎn)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(diǎn)破壞嚴(yán)重，多幢房屋