本文是一篇土木工程论文，本文所建立的高强钢筋高强混凝土框架空间节点模拟构件，与试验构件表现出相同的以节点剪切破坏为主的破坏模式，证明空间加载不利于空间节点梁铰破坏机制的形成；与普通混凝土构件相比，高强钢筋高强混凝土构件的节点核心区抗剪承载力更大，剪切变形更小；
第1章绪论
1.1研究背景及研究意义
国家自然科学基金项目《高强钢筋高强混凝土空间节点抗震性能与设计方法研究（51478094）》。
地震是对人类造成危害最大的自然灾害之一，具有极强的破坏性和极大的随机性，对人类的生命财产造成极大威胁。我国疆域辽阔，地理位置特殊，位于喜马拉雅-地中海地震带（欧亚地震带）和太平洋地震带之间，地震活动呈现频度高、强度大、震源浅且分布广的特点。据统计，全国范围内地震基本烈度为6度的国土面积约60%，位于7度及7度以上地区的城市约50%，人口总数在百万及以上的大城市有85.7％位于地震区[1]，可见我国受地震灾害的影响十分严重，这也使得提高建筑物的抗震能力及减少地震作用对建筑物的损坏成为了工程结构抗震设计的重要内容。
钢筋混凝土框架结构因具有整体性好，平面布置灵活等优点，目前在国内外仍是土木工程结构备受青睐的结构形式之一。但因其同样存在抗侧刚度小，地震作用下水平位移较大等缺点，可能导致其在地震作用下的节点破坏先于梁柱破坏。国内外学者对大量震害后所损坏的框架结构进行研究，结果显示节点在强震作用下的破坏是导致框架结构破坏的重要原因之一。如1976年7月28日，我国唐山发生里氏7.8级地震[2]，造成24万多人伤亡，震后调查表明，诸多框架结构由于梁柱交接处的节点核心区失效导致倒塌；2008年5月12日，我国四川汶川发生里氏8.0级地震[3]，一些钢筋混凝土框架结构出现柱端形成塑性铰，梁柱节点剪切破坏而倒塌的现象，可见保证框架结构节点核心区的承载能力是结构抗震的重要一环。
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1.2国内外研究现状
1.2.1空间节点试验研究分析
我国在唐山大地震以后，组建钢筋混凝土框架节点专题研究小组，先后对12种钢筋混凝土框架梁柱节点试件进行了较为系统的试验[2,10]，研究了如交叉梁约束、轴压比、剪压比、配箍特征值、梁纵筋滑移等影响节点核心区混凝土抗剪强度的主要因素，进一步修正了核心区混凝土的抗剪强度计算公式，并探索了改善节点抗震性能的新途径。
张连德[11]完成了12个钢筋混凝土空间框架节点在双向反复荷载作用下的试验研究，考虑了柱梁抗弯强度比值、约束构件尺寸、节点配筋、柱轴向力及加载过程等影响因素，试验表明：双向反复荷载作用下的宽梁和中等尺寸的梁能够为节点斜压杆机制中压杆的形成提供较好端部条件，使压杆端部混凝土处于三向应力状态；其余条件相同，有现浇板的中节点的合成抗剪强度高于无现浇板的中节点24%，有现浇板的边节点的合成抗剪强度高于无现浇板的边节点27%。梁和板提供横向约束，板筋使得梁筋的滑移大大降低。
朱伯龙等[12]完成了框架空间边节点在双向低周反复荷载作用下的试验，结果表明：相比于平面边节点，空间边节点受剪承载力偏小，梁、柱纵筋应变由于扭转作用而增大；楼板对梁的刚度和承载力影响较大，空间节点在双向受剪时的总承载力比平面节点高26%。
蒋永生等[13]进行了钢筋混凝土框架结构中节点在有无现浇板下的抗震性能试验，结果表明：带板中节点的板内钢筋使得支座负屈服弯矩比不带板中节点提高约30%，支座正屈服弯矩基本相同；板参与受弯只需考虑板内钢筋受拉时的作用，考虑范围可近似取6倍板厚；当符合“强柱弱梁”要求时，板参与工作对节点的抗震性能影响较小；当现浇板参与工作时，影响柱梁间的弯矩比、梁和节点的剪力设计值的取值。
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第2章钢筋混凝土框架空间节点有限元分析
2.1有限元分析软件ABAQUS介绍
当今世界工业信息技术高速发展，土木工程领域也不再仅仅局限于进行试验研究，而是与数值模拟研究相辅相成。ABAQUS作为国际上最先进的大型通用有限元软件之一，具有广泛的模拟性能和强大的运算能力，应用该软件可计算分析简单线弹性问题、复杂非线性问题，所得结果均较接近于实际工程。ABAQUS有两个主要的分析求解模块，即ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit，以及一个人机交互的前后处理模块ABAQUS/CAE。其中ABAQUS/Standard为通用分析模块，采用隐式算法，能够求解广泛的线性和非线性问题；ABAQUS/Explicit则采用显式动力有限元法，多用于求解非线性动力学和准静态问题[59]。本文将运用有限元分析软件ABAQUS中的前后处理模块ABAQUS/CAE建立框架空间节点有限元模型，以便后续在ABAQUS/Standard模块中进行分析。
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2.2 ABAQUS有限元模型的建立
2.2.1构件试验模型
（1）高强钢筋高强混凝土空间中节点
根据课题组进行的高强钢筋高强混凝土空间中节点试验构件BLZ-2建立ABAQUS有限元模型[60]，构件的试验配筋如图2-1所示。柱截面尺寸300 mm×300 mm，高度2075 mm；主梁截面尺寸350 mm×200 mm，长度为3400 mm；次梁截面尺寸300 mm×150 mm，长度为3400 mm；板厚85 mm。柱、梁、板主要受力钢筋采用HRB500级，箍筋和构造筋采用HRB400、HRB335级。构件采用传统方法浇筑，节点核心区浇筑与柱相同强度等级的C60混凝土，梁和楼板采用强度等级为C40的混凝土。柱和梁的保护层厚度为20 mm，楼板的保护层厚度为15 mm。
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第3章 高强钢筋混凝土空间中节点抗震性能分析 ............................ 20
3.1 有限元模型验证 .......................... 20
3.2 影响因素分析 ................................. 21
第4章 高强钢筋混凝土空间边节点抗震性能分析 ............................ 51
4.1 有限元模型验证 ............................. 51
4.2 影响因素分析 ............................ 52
第5章 高强钢筋混凝土空间节点有效翼缘宽度研究 ........................ 80
5.1 引言 ................................... 80
5.2 对我国现行相关规范的探讨 ......................... 81
第5章高强钢筋混凝土空间节点有效翼缘宽度研究
5.1引言
国内外学者通过试验研究发现，影响钢筋混泥土框架结构“强柱弱梁”屈服机制的形成与多重因素有关，其中现浇楼板的作用是最不可忽略的因素。如吴勇等[72]通过对比分析各国规范和国内外的研究成果发现：现浇板的有效宽度，并非板的实际参与宽度和参与梁抗弯时所能达到的屈服宽度；根据按中国规范设计的典型框架所能达到的最大层间位移角，可取梁侧每边6倍板厚范围作为板的有效宽度；直交梁在板的作用下将产生扭转和弯曲，在端节点处对板中钢筋的参与程度有很大的影响。邢国华等[73]通过3个钢筋混凝土梁-柱-板边节点试件的低周反复荷载试验，发现现浇板参与受力且增大了梁端弯矩，使得空间边节点的下柱顶部发生破坏，造成“强梁弱柱”的破坏机制；现浇板纵筋应变随层间侧移角增加而增大，相同层间位移角下，板筋应变随距梁侧距离的增大而减小；直交梁的扭转承载力制约了现浇板钢筋参与节点受力，并以力学模型为基础提出了现浇板受拉有效翼缘宽度的计算方法。
在有限元模拟研究方面，王素裹等[74,75]通过建立单层单跨的钢筋混凝土空间框架结构模型，发现结构的侧移值对板筋的参与程度影响较大，楼板有效翼缘宽度的建议取值可用于小震作用下的梁端截面配筋计算，中震、大震作用下的框架梁端截面承载力验算[74]。采用有效翼缘宽度来进行衡量现浇楼板在框架梁“超强”作用中的参与作用较为合理简便，建议采用考虑层间位移角、节点类型、横向梁刚度、轴压比、现浇楼板配筋率等影响因素后的计算公式来进行有效翼缘宽度的取值[75]。唐琪琛[76]采用ABAQUS软件建立了带楼板、空框架以及附加楼板质量的空框架共三种模型，研究了现浇楼板对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响，发现现浇楼板对结构整体的侧向刚度影响显著，且会增大梁的抗弯刚度，影响塑性铰的产生顺序，并定义了侧向刚度增大系数以定量分析现浇板的增强作用，得出了板筋对梁抗负弯矩的参与作用及其应力分布规律，给出了各类型节点处有效翼缘宽度关于板厚和梁高的经验计算公式。
土木工程论文参考
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结论与展望
结论
本文课题以课题组进行的高强钢筋高强混凝土空间中节点试验研究为基础，结合文献[61]所做的空间边节点试验研究，通过有限元分析软件ABAQUS分别建立高强钢筋高强混凝土空间中节点和边节点有限元分析模型，在验证模型的正确性和合理性之后，对空间中节点和空间边节点进行有限元变参数分析，研究其在低周反复荷载作用下的滞回性能、骨架曲线、延性、耗能能力和刚度；基于我国现行规范框架结构梁端正弯矩作用下翼缘计算宽度取值的规定，研究现浇楼板板筋参与框架节点梁端负弯矩作用下的有效翼缘宽度，主要得出以下结论：
（1）本文所建立的高强钢筋高强混凝土框架空间节点模拟构件，与试验构件表现出相同的以节点剪切破坏为主的破坏模式，证明空间加载不利于空间节点梁铰破坏机制的形成；与普通混凝土构件相比，高强钢筋高强混凝土构件的节点核心区抗剪承载力更大，剪切变形更小；各因素影响下，若达到相同的抗震指标，应用高强钢筋高强混凝土材料可减少钢筋用量，缩小截面尺寸；与平面节点相比，空间节点更接近实际结构，低周往复荷载作用下的核心区破坏程度较平面节点严重，双向加载作用下形成柱铰破坏的机制更大；带板构件的承载力增长速度比无板构件更快，且极限承载力较大，但延性较差，当达到极限承载力之后无板构件的刚度退化速度较快。
（2）基于高强钢筋高强混凝土框架空间中节点的变参数分析，结果表明：破坏形态方面，提高节点核心区混凝土强度，会加剧柱端塑性变形；提高楼板配筋率，可减缓板面裂缝的开展；增大现浇楼板厚度和主梁高度，可减小核心区混凝土塑性变形。
（3）抗震性能方面：提高核心区混凝土强度，空间中节点构件的极限承载力增大，延性降低，刚度退化的速度加快；楼板配筋率的变化对构件承载力、耗能性能和刚度退化的影响较小，但对构件的延性影响较大，主、次梁方向的延性系数随着楼板配筋率的增大分别降低了10.2%和4.78%；增大现浇楼板厚度，对构件承载力和耗能性能的提高并不显著，对构件的延性性能和刚度退化影响较大，现浇楼板厚度越大，刚度退化越快；当主梁高度与次梁高度相差较大时，主、次梁方向的极限承载力相差较大，且构件的刚度退化速度更快；通过对比不同剪压比下各构件的抗震性能指标，结果表明0.233等中低水平剪压比的构件具有更好的耗能性能，抗震能力更强。
参考文献（略）