混凝土梁－墙平面外节点的抗震性能和设计研究

钢筋混凝土梁—抗震墙平面外节点是框架—内筒和框架—核心筒的重要节点，国内外研究很少，工程设计无依据。本项目研究该节点的地震破坏形态和抗震性能，墙面面外受梁端弯矩时的有效受弯宽度和承载力，节点破坏形态对结构弹塑性地震反应影响，节点抗震设计原理和方法。对完善高层建筑抗震结构体系有重要意义，成果有广阔的工程应用前景。 2100433B

人们对梁-柱节点抗震性能的研究已比较深入。对于由剪力墙和梁形成的梁-墙节点，由于剪力墙在自身平面内的抗弯刚度远大于其在平面外的抗弯刚度，因此，在结构设计中，通常只考虑剪力墙平面内的承载力，而忽略其平面外的承载力，这实际上是将梁-墙节点处理为铰节点。由于在混凝土剪力墙与梁间构造真正的铰节点，在实际结构中很难实现，因此，当梁发生弯曲变形时，势必引起剪力墙发生平面外的弯曲，从而导致剪力墙在节点附近形成许多裂缝，该问题已引起工程师和研究者们的高度关注,并已列入中美科学基金会2006年中美地震科技合作研究计划。本项目将采用理论分析、试验研究和数值计算相结合的研究方法，确定剪力墙抵抗平面外弯曲的有效宽度，建立梁-墙节点平面外承载力的等效分析模型和计算公式，并提出几种合理的梁-墙节点构造形式。本项目研究的美方合作者为美国UIUC的B.F. Spencer, Jr. 教授。 2100433B

本项目研究工作按计划完成。 基于项目研究需要，开展了多类钢管混凝土叠合柱-钢梁节点抗震性能试验研究，具体包括：(1) 不同连接类型的钢管混凝土叠合柱-钢梁节点抗震性能试验。分析了环板连接宽度对节点抗震性能的影响。（2）钢管混凝土叠合柱-钢梁平面节点抗震性能试验。分析了关键参数，如轴压比、梁-柱线刚度比和承载力比对节点破坏模态和承载能力的影响。（3）钢管混凝土叠合柱-钢梁空间节点抗震性能试验。研究了空间节点的破坏形态、承载能力和内力、变形发展规律。建立了考虑材料在往复荷载下的损伤、不同部位材料本构和钢-混凝土相互作用的节点精细化有限元分析模型，并用典型试验结果进行了验证。利用验证的有限元模型，分析了关键参数影响因素，如核心区轴压比、节点核心区性质，连接构造、楼板等对钢管混凝土叠合柱-钢梁节点抗震性能的影响。提出了该类节点的传力机理和关键参数影响规律。通过参数分析，提出了钢管混凝土叠合构件刚度和变形简化计算方法，建立了钢管混凝土叠合构件的荷载-变形滞回关系模型，用于钢管混凝土叠合柱-钢梁节点宏观单元的建立。此外结合项目实际需求，还开展了钢管混凝土斜柱-钢梁连接节点的抗震性能试验，以及钢管混凝土构件拉弯性能试验，研究其承载力实用计算方法。综合上述研究成果，提出了钢管混凝土叠合柱-钢梁节点的抗震性能评价方法以及设计建议。 本项目的研究成果可为有关工程应用和设计规程的制订提供依据。结合项目研究工作，发表或收录期刊论文4篇（均为国际SCI期刊论文），重要国际和国内会议论文4篇（EI收录1篇），其中1篇会议论文获第24届全国结构工程学术会议优秀论文一等奖。获得授权国家实用新型专利2项。本项目研究有博士研究生1名和硕士研究生2名参加了工作。 2100433B