斜向地震作用下RC框架中间空间角节点破坏机理研究

1、1.多次震害表明，框架结构柱及节点的破坏是导致框架结构发生严重震 害的主要原因。 1 12 23 34 45 5 选题背景与意义选题背景与意义 时间时间地点地点震级震级破坏形式破坏形式 1967-07-291967-07-29 委内瑞拉委内瑞拉CaracasCaracas6.36.3底层柱破坏严重，无箍筋的角柱节点发生剪切破坏底层柱破坏严重，无箍筋的角柱节点发生剪切破坏 1968-05-161968-05-16日本十胜冲日本十胜冲8.08.0短柱破坏严重，无箍筋约束的顶层角节点破坏严重短柱破坏严重，无箍筋约束的顶层角节点破坏严重 1972-12-231972-12-23 尼加拉瓜尼加拉瓜Man

2、aguaManagua6.56.5节点发生剪切破坏，多处房屋整体倒塌节点发生剪切破坏，多处房屋整体倒塌 1976-07-281976-07-28中国唐山中国唐山7.87.8 框架结构在地震中经受住考验，柱端和节点核芯区的破坏严框架结构在地震中经受住考验，柱端和节点核芯区的破坏严 重重 1977-03-051977-03-05 罗马尼亚罗马尼亚 BucharestBucharest 7.27.2 节点核芯区混凝土剥落，柱筋外鼓节点核芯区混凝土剥落，柱筋外鼓, ,角柱节点混凝土保护层角柱节点混凝土保护层 剥落剥落 1989-10-171989-10-17罗马罗马PrietaPrieta7.47.4

3、中层框架柱顶部发生破坏，柱筋压曲，混凝土崩落严重中层框架柱顶部发生破坏，柱筋压曲，混凝土崩落严重 1995-01-171995-01-17日本关西阪神日本关西阪神7.27.2钢筋混凝土短柱和梁柱节点发生脆性剪切破坏钢筋混凝土短柱和梁柱节点发生脆性剪切破坏 2008-05-122008-05-12中国四川汶川中国四川汶川8.08.0 底层柱破坏最为严重，柱端形成塑性饺，梁柱节点多发生剪底层柱破坏最为严重，柱端形成塑性饺，梁柱节点多发生剪 切破坏切破坏 2010-01-122010-01-12海地太子港海地太子港7.37.3底层柱和框架节点破坏严重，多幢房屋整体倒塌底层柱和框架节点破坏严重，多幢房

4、屋整体倒塌 1 12 23 34 45 5 选题背景与意义选题背景与意义 1 12 23 34 45 5 规范对于角节点核心区、角柱的特殊规定：规范对于角节点核心区、角柱的特殊规定： 角角 节节 点点 核核 心心 区区 对于梁截面较小或只有一个方向有直交梁的中间节点以对于梁截面较小或只有一个方向有直交梁的中间节点以 及边节点、角节点均不考虑梁对节点的约束影响及边节点、角节点均不考虑梁对节点的约束影响 角角 柱柱 考虑角柱的双向偏心考虑角柱的双向偏心 受压以及受扭的不利受压以及受扭的不利 影响影响 2.地震动输入具有多维任意性的特点，现行规范对结构只进行主轴方向 的设计，这是角节点形成“强梁弱柱

5、”破坏机制的原因之一。 cxcbx MM= 邋 22 c45bxby MMM（） （）=+ c45 2 bx MM= c45 2= 邋cbx MM 东东 西西 向向 南南 北北 向向 竖竖 向向 1 12 23 34 45 5 3.国内外对框架角节点研究工作较少，仅有的研究也是限于多参数 对平面角节点核心区抗剪承载力的影响，且框架空间角节点相对 于中间节点少了两根梁的约束，而且受到扭矩作用，且柱为双向 偏心受压，往往在震害中成为结构最薄弱环节。 角节点角节点 角节点核心区角节点核心区 刘春阳对斜向地震荷载刘春阳对斜向地震荷载 作用下的空间中节点抗作用下的空间中节点抗 震性能进行了试验研究。震性

6、能进行了试验研究。 1 12 23 34 45 5 新西兰坎特伯里大学于新西兰坎特伯里大学于19801980年也曾做过空间框架节点的试验年也曾做过空间框架节点的试验。 美国德克萨斯大学于美国德克萨斯大学于19791979年曾进行过一组年曾进行过一组( (三个三个) )空间框架节点试验。空间框架节点试验。 日本东京大学于日本东京大学于19871987年曾进行了三个带板的空间框架节点试验年曾进行了三个带板的空间框架节点试验 。 19831983年东南大学唐九如进行了年东南大学唐九如进行了1212个足尺的边节点低周反复加载试验。个足尺的边节点低周反复加载试验。 19871987年同济大学和中国建筑科

7、学研究院与日本、新西兰年同济大学和中国建筑科学研究院与日本、新西兰 和美国进行国际合作，做了和美国进行国际合作，做了6 6个（带板个（带板2 2个）足尺的框架节点试验。个）足尺的框架节点试验。 20082008年崔建宇进行年崔建宇进行6 6个钢筋混凝土框架角节点的低周反复加载试验。个钢筋混凝土框架角节点的低周反复加载试验。 20102010年北京工业大学刘春阳进行了年北京工业大学刘春阳进行了6 6个中间层空间节点（带板个中间层空间节点（带板2 2个）个） 平面和斜向的低周反复加载试验。平面和斜向的低周反复加载试验。 试验结果：破坏形态是梁端剪弯破坏； 节点核心区未形成通裂；楼板的工作情况良好。

8、 主要结论：楼板明显提高了梁负弯矩抗弯能力， 但塑性饺仍出现在梁上，未转移到柱子上。 对于带板的节点其梁柱抗弯强度比应适当加大。 试验结果：平面内荷载作用下的试件为梁铰破坏机制， 而斜向荷载作用下的试件为柱铰破坏机制。 斜向试件柱截面弯曲承载力为 平面加载梁端抗弯承载力在45方向合成值的88%， 柱端沿45方向抗弯承载力为试件柱子在 主轴平面内按材料实际强度计算抗弯承载力的89%。 主要结论： 在主轴方向强柱弱梁设计的梁柱节点， 在斜向荷载作用下出现柱铰破坏，没有实现强柱弱梁设计。 试验结果：所有试件破坏类型属于节点剪切破坏型, 梁柱构件主筋没有发生屈服。 双向加载试件的节点开裂荷载比平面加载

9、试件小， 角节点强度降低20% 左右。 主要结论：在梁端荷载不变的情况下, 双向荷载时合力方向 剪切应力要大于平面加载，在进行抗震设计时, 应把角节点作为所有边节点中 最不利情况处理, 应考虑双向加载的不利影响。 1 12 23 34 45 5 梁端梁端 弯曲破坏弯曲破坏 柱端柱端 弯曲破坏弯曲破坏 梁纵筋梁纵筋 粘结破坏粘结破坏 核心区核心区 剪切破坏剪切破坏 强剪弱弯强剪弱弯 强柱弱梁强柱弱梁 强节点弱构件强节点弱构件 斜向地震作用斜向地震作用 高阶振型作用高阶振型作用 反复地震作用反复地震作用 梁纵筋在梁纵筋在 节点核芯区节点核芯区 贯穿段的贯穿段的 粘结较差粘结较差 节点核芯区节点核芯

10、区 产生斜裂缝产生斜裂缝 箍筋屈服箍筋屈服 1 12 23 34 45 5 2 2 1 sincos cu cuxcuy M MM 国内外研究现状国内外研究现状 1 2 cuxbux MM 1 2 cuybuy MM Mbuy Mbux 45 1 2 cubux MM 4545bcu MM 节点平衡节点平衡 45 2 bbux MM 22 bbuxbuy MMM 1 12 23 34 45 5 框架空间角节点在斜向地震框架空间角节点在斜向地震 作用下的破坏形式与机理作用下的破坏形式与机理 基于地震动多维任意基于地震动多维任意 性的特点，从力学分性的特点，从力学分 析的角度对框架空间析的角度对框

11、架空间 角节点处的梁、柱截角节点处的梁、柱截 面在斜向的抗弯强度面在斜向的抗弯强度 关系进行探讨研究。关系进行探讨研究。 进行钢筋混凝土框架进行钢筋混凝土框架 角柱空间节点的抗震角柱空间节点的抗震 性能研究，明确空间性能研究，明确空间 节点在斜向地震荷载节点在斜向地震荷载 作用下的破坏模式。作用下的破坏模式。 对空间角节点试验进对空间角节点试验进 行数值分析，将分析行数值分析，将分析 结果与试验研究结果结果与试验研究结果 对比，研究多参数对对比，研究多参数对 斜向地震作用下角节斜向地震作用下角节 点破坏机制的影响。点破坏机制的影响。 理论分析模型试验数值模拟 1 12 23 34 45 5 理

12、论理论 分析分析 传力机构传力机构 结合已有的对节点三种结合已有的对节点三种 典型的传力机构，分析典型的传力机构，分析 对于框架空间角节点较对于框架空间角节点较 为适用的传力机构。为适用的传力机构。 失效方式失效方式 比较梁、柱端和节点破坏比较梁、柱端和节点破坏 的先后顺序考虑角节点失的先后顺序考虑角节点失 效方式情况，并以此分析效方式情况，并以此分析 其失效特征，为后期抗震其失效特征，为后期抗震 性能试验准备理论基础。性能试验准备理论基础。 承载力计算承载力计算 结合规范对节点的抗剪承结合规范对节点的抗剪承 载力和载力和双向压弯作用下柱双向压弯作用下柱 正截面承载力与梁正截面正截面承载力与梁

13、正截面 承载力计算方法，分析角承载力计算方法，分析角 节点的承载力计算方法。节点的承载力计算方法。 力学计算力学计算 从受力分析的角度出发，从受力分析的角度出发， 对角节点处梁截面弯矩在对角节点处梁截面弯矩在 斜向方向的合成强度及柱斜向方向的合成强度及柱 截面沿斜向方向的强度关截面沿斜向方向的强度关 系进行比较分析。系进行比较分析。 研究内容与方案研究内容与方案 1 12 23 34 45 5 角节点抗震角节点抗震 性能试验目的性能试验目的 研究内容与方案研究内容与方案 空间角节点试验拟按照规范空间角节点试验拟按照规范“强柱弱梁强柱弱梁”原则制作原则制作2 2个试件。个试件。 KJCJ1KJC

14、J1试件进行平面内低周反复加载试验，作为对比试件。试件进行平面内低周反复加载试验，作为对比试件。 KJCJ2 KJCJ2试件主要进行斜向反复加载试验下的破坏机理研究。试件主要进行斜向反复加载试验下的破坏机理研究。 1 12 23 34 45 5 *角节点柱多为双向偏心受压的不利情况，而且角节点还会 受到扭矩，受力情况复杂。 *空间角节点为不完全对称形式，在试验时为不平衡受力状 态，保证试验的顺利进行需要考虑。 *由于角节点梁端易出现梁端滑移现象，数值分析模拟时如 何描述钢筋单元与混凝土单元的协同工作。 1 12 23 34 45 5 1.多次震害表明，框架结构柱及节点的破坏是导致框架结构发生严

15、重震 害的主要原因。 1 12 23 34 45 5 选题背景与意义选题背景与意义 时间时间地点地点震级震级破坏形式破坏形式 1967-07-291967-07-29 委内瑞拉委内瑞拉CaracasCaracas6.36.3底层柱破坏严重，无箍筋的角柱节点发生剪切破坏底层柱破坏严重，无箍筋的角柱节点发生剪切破坏 1968-05-161968-05-16日本十胜冲日本十胜冲8.08.0短柱破坏严重，无箍筋约束的顶层角节点破坏严重短柱破坏严重，无箍筋约束的顶层角节点破坏严重 1972-12-231972-12-23 尼加拉瓜尼加拉瓜ManaguaManagua6.56.5节点发生剪切破坏，多处房屋

16、整体倒塌节点发生剪切破坏，多处房屋整体倒塌 1976-07-281976-07-28中国唐山中国唐山7.87.8 框架结构在地震中经受住考验，柱端和节点核芯区的破坏严框架结构在地震中经受住考验，柱端和节点核芯区的破坏严 重重 1977-03-051977-03-05 罗马尼亚罗马尼亚 BucharestBucharest 7.27.2 节点核芯区混凝土剥落，柱筋外鼓节点核芯区混凝土剥落，柱筋外鼓, ,角柱节点混凝土保护层角柱节点混凝土保护层 剥落剥落 1989-10-171989-10-17罗马罗马PrietaPrieta7.47.4中层框架柱顶部发生破坏，柱筋压曲，混凝土崩落严重中层框架柱顶部发生破坏，柱筋压曲，混凝土崩落严重 1995-01-171995-01-17日本关西阪神日本关西阪神7.27.2钢筋混凝土短柱和梁柱节点发生脆性剪切破坏钢筋混凝土短柱和梁柱节点发生脆性剪切破坏 2008-05-122008-05-12中国四川汶川中国四川汶川8.08.0 底层柱破坏最为严重，柱端形成塑性饺，梁柱节点多发生剪底层柱破坏最为严重，柱端形成塑性饺，梁柱节点多发生剪 切破坏切破坏 2010-01-122010-01-12海地太子港海地太子港7.37.3底层柱和框架节点破坏严重，多幢房屋