应变率对钢筋混凝土梁柱中节点动态性能影响的试验研究_范国玺

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摘要： 受材料率敏感性的影响， 钢筋混凝土构件具有率敏感效应 。对三个钢筋混凝土梁柱中节点组合体抗震性能 试验， 采用位移控制方式加载， 研究节点组合体裂缝发展 、 承载能力、 变形能力等随加载速率的影响规律 。 研究结 果表明：不同应变率作用下， 节点组合体均发生弯剪破坏， 但应变率提高后， 节点组合体内的裂缝数量减少， 裂缝分 布更集中；节点组合体承载能力随应变率的提高而增大， 受钢筋动态强度的影响， 节点组合体屈服荷载较极限荷载 增长更明显；相对低应变率作用， 高应变率作用下节点组合体在破坏前的耗能增加；应变率提高后， 节点组合体的 刚度增大， 但由于惯性力的影响， 超过一定范围后， 其刚度退化加剧， 应变率提高对试件的刚度有不利影响；应变率 提高后， 黏结滑移更明显， 但节点组合体的变形能力没有减弱 。 关键词： 钢筋混凝土梁柱中节点； 应变率； 延性； 耗能 中图分类号： TU375． 4 文献标识码： A 131X（ 2014 ） 11001108 文章编号： 1000-
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钢筋混凝土构件具有率 受材料率敏感性的影响，
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2014 年
对于钢筋混凝土构件动态性能的研 敏感性。 目 前， ［3 ］ 究， 多数集中于梁、 柱等简单构件的研究。 Mahin 等 通过对六根钢筋混凝土梁进行静力和动力加载试验 ， 发现快速加载条件下构件的受弯屈服荷载明显提高 ， 构件的延性并未发生明显改变。Chung 和 Shah 等通 过对 12 根不同剪跨比和体积配箍率的悬臂梁进行不 同加载速率下的试验研究， 发现快速加载条件下的构 ， 件裂缝明显减少 裂缝宽度增大， 构件延性降低， 应变 对钢筋混凝土柱进行了静力加 试验结 载和两种工况下的单向振动台加载试验研究 ， 梯度提高。Inoue 等 果表明， 柱在振动台加载条件下的强度最大值要高于 ［6 ］ 静力加 载。 Kitajima 等 通 过 对 钢 筋 混 凝 土 柱 进 行 单、 双向振动台加载试验， 发现双向振动台加载试验 中， 柱的强度退化、 刚度退化相比单向振动台加载试 柱的承载能力随应 验更为显著。 Martínez 等 发现， ［8 ］ 剪 变率的提高而提高。Lee 等 发现， 应变率提高后， 力墙的延性降低。 对于钢筋混凝土梁柱节点理论模型的研究较多 ， Fan 等［9］在总结国内外梁柱节点模型的基础上， 对常 用抗剪模型进行了改进。 然而， 对于钢筋混凝土梁柱 节点的试验研究， 多数集中于拟静力试验。 因此， 研 究钢筋混凝土梁柱节点在不同应变率作用下的动态 性能， 对于全面了解框架节点力学特性具有重要 意 义。基于上述考虑， 研究了地震荷载作用范围内， 应 变率对钢筋混凝土梁柱中节点裂缝发展 、 承载能力和 变形能力等方面的影响。 并与高速率循环荷载作用 下， 梁柱中节点的试验结果对比分析， 得到了不同应 变率作用下梁柱中节点动态性能的变化规律 。
Abstract ： Due to the material rate sensitivity，the reinforced concrete members are generally sensitive to the strain rate． In this work， the seismic behavior of 3 interior reinforced concrete beamcolumn joints were studied under the displacementcontrolled loading ，aiming at attaining a better understanding of the effect of loading speed on the crack development，carrying capacity，deformation capacity of the joint assembly and so on． The results show that joint assemblies with various strain rates have the identical shear failure modes which may occur in the joint core area after the plastic hinges develop at both ends of adjacent beams． With the increase of strain rate ，however，the number of cracks within the joint assembly may decline and the cracking distribution becomes more concentrated． With the increase of strain rate，the carrying capacity of the joint assembly may be improved． Due to the dynamic strengths of steel ，the improvement of the yield carrying capacity is more significant than that of the ultimate carrying capacity． Moreover ， before the final failure is reached ，the energy dissipation of the joint assembly under a higher strain rate is larger than that under a lower strain rate． Due to the increase in strain rate ，the stiffness of the joint assembly can be enhanced． But beyond a certain range ，the stiffness may decline sharply due to the effect of inertia force，and the increase of strain rate may have adverse effect． With the increase of strain rate ，the bond slip becomes more significant，while the deformation capacity of the joint assembly remains almost unchanged． Keywords： interior reinforced concrete beamcolumn joints； strain rate ； ductility； energy dissipation Email： fanguoxi6688@ 163． com 的关键部件， 起着传递、 分配荷载的作用， 受力情况复 杂。震后调查表明， 多数情况下， 框架结构的倒塌， 是 由节点破坏引起 钢筋混凝土梁柱节点是影响框架结构整体性能
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筋选用 HPB235 级钢筋。 试件梁柱截面 均 为 对 称 配 “强柱弱梁” 、 “强剪弱弯 ” 、 筋， 配筋率相同。满足规范 “强节点弱构件” 的要求， 其尺寸、 配筋、 材料实测强度 等参数如表 1 所示。
表1 Table 1
主要参数 JM 211 柱截面尺寸 b c × h c （ mm × mm） 梁截面尺寸 b b × h b （ mm × mm） 数量 梁上纵筋 f y （ N / mm ） 数量 梁下纵筋 f y （ N / mm ） 数量 柱一侧纵筋 f y （ N / mm ） 梁 柱 箍筋 节点核心区 f yv （ N / mm2 ） f cu150 （ N / mm2 ） SＲ n
Experimental study of the influence of strain rate on the dynamic performance of interior reinforced concrete beamcolumn joints
Fan Guoxi1 Song Yupu1 Wang Licheng1 Wang Debin2
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1． 1
试验概况
试件制作
实际结构中的梁柱节点， 多为三维空间结构。 试 验主要针对中间层中间节点进行研究， 为方便试验研 究， 不考虑横梁的约束作用， 从而将空间节点简化为 一榀框架中的二维构件， 并分别在水平方向和竖直方 向上， 梁柱节点的反弯点处将其截断， 得到梁柱节点 10］ 组合体单元。文献［ 指出， 这种简化处理是偏于保 守的。 梁柱截面形式均选择矩形截面。 梁的截面高度 与跨度及荷载大小有关， 梁的截面宽度， 一般根据截 面高度确定， 对矩形截面高宽比 h / b 不宜超过 3． 5 。 结合模数的要求， 梁的截面尺寸为 b × h = 250 mm × 400mm。柱的截面尺寸为 b × h = 350mm × 350mm。 混 凝土强度等级选用 C30 ， 纵筋选用 HＲB335 级钢筋， 箍
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源自文库0． 25
f yv 为箍筋实测屈服强度。 注： 1 f y 为相应纵筋实测屈服强度， 2 f cu150 为实测 150mm 立方体试块强度，根据混凝土结构设计规范 条文说明， 棱柱体强度与立方体强度的比值， 该试验轴压比中的 f c 取 0． 76 f cu150 = 0． 76 × 33． 21 = 25． 24N / mm2 。 3 n 为试验过程中， 试件的轴压比。 h c 为柱截面高度， 4 梁纵筋直径为 18mm， h c / d b = 19． 44 ， db 其中， 其结果接近规范对一、 二级抗震等级规定的下限条件。 为梁纵筋直径， 5 SＲ 为试件加载时， 梁端位移不同加载速度对应的控制点处的应 变率。
基金项目： 国家自然科学基金重大研究计划重点项目（ 90815026 ） 作者简介： 范国玺， 博士 0515 收稿日期： 2013［1 ］
引
言
。目前国内外现行规范， 有关钢筋
混凝土梁柱节点的抗震设计方法， 主要基于大量拟静 力试验结果。然而， 拟静力试验的应变率水平往往低 于地震作用下的应变率水平
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试件的主要参数
Major parameters of specimens
试件编号 JM 29 350 × 350 JM 28
250 × 400 3 18 3 18 3 18
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（ 1． State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering ，Dalian University of Technology，Dalian 116024 ，China； 2． Dalian Jiaotong University，Dalian 116024 ，China）
第 47 卷第 11 期 2 0 1 4 年 11 月
土
木
工
程
学
报
CHINA CIVIL ENGINEEＲING JOUＲNAL
Vol． 47 Nov．
No． 11 2014
应变率对钢筋混凝土梁柱中节点动态性能 影响的试验研究
范国玺
1
宋玉普
1
王立成
1
王德斌
2
（ 1． 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 116024 ； 2． 大连交通大学，辽宁大连 116024 ）