張 祥，蘇 捷

(湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082)

0 引言

地震造成大量傷亡和損失的最主要原因有兩點(diǎn)：一是在地震中有大量建筑物倒塌；二是地震的發(fā)生就目前技術(shù)手段而言尚無法做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，無法給居民提供一個(gè)合適的避難時(shí)間。雖然近些年來在地震預(yù)測(cè)模型、地震的前兆異常研究等其它研究計(jì)劃上取得了重要成果，但就目前而言，提高結(jié)構(gòu)建筑物的抗震性能仍是最有效避免或降低地震中的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的關(guān)鍵措施[1-3]。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益最大化的要求，即性能化抗震設(shè)計(jì)，需要對(duì)各種構(gòu)件在地震作用下的抗震機(jī)理和抗震性能進(jìn)行充分研究。

框架結(jié)構(gòu)在國(guó)際上一直被廣泛使用。震害觀測(cè)表明，起到連接作用的節(jié)點(diǎn)部分破壞是引起框架結(jié)構(gòu)倒塌的主要原因(見圖1)，一方面，節(jié)點(diǎn)部分受力復(fù)雜，在水平地震荷載作用下會(huì)受到多種力共同作用，為應(yīng)力集中區(qū)域。另一方面，在水平地震荷載作用下，節(jié)點(diǎn)會(huì)受到極大剪力作用，通常能達(dá)到3～6倍柱端所受剪力，是結(jié)構(gòu)中典型薄弱部位，實(shí)際工程中常采取密集配筋的形式來保證節(jié)點(diǎn)質(zhì)量，這帶來了節(jié)點(diǎn)施工困難的問題，導(dǎo)致質(zhì)量難以保證。土木工程新材料方面的不斷突破，給框架節(jié)點(diǎn)的發(fā)展帶來了巨大變革，混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)得到了飛速發(fā)展。本文綜述了近些年來在框架梁柱節(jié)點(diǎn)方面的試驗(yàn)研究工作，并給當(dāng)下發(fā)展方向給予了建議。

圖1 節(jié)點(diǎn)破壞引起建筑物倒塌

1 對(duì)普通混凝土框架節(jié)點(diǎn)研究

1.1 國(guó)外對(duì)普通混凝土框架節(jié)點(diǎn)研究

國(guó)外對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)起步較早，1969年HANSON等[4]發(fā)表了波特蘭協(xié)會(huì)進(jìn)行的第一批梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)的結(jié)果，提出在節(jié)點(diǎn)中配置封閉的環(huán)向箍筋對(duì)于節(jié)點(diǎn)延性的發(fā)展與保持節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度具有重要意義。此后MEINHEIT、TRAN、KIM、PARK等[5-8]就混凝土混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)抗剪承載力方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究。ASAKUSA、DURRANI、EHSANI等[9-11]研究了框架梁柱中節(jié)點(diǎn)和邊節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)抗震性能，并探討了軸壓比、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍率、直交梁、柱內(nèi)非角部鋼筋等因素對(duì)其綜合抗震性能的影響規(guī)律。針對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)梁縱筋與混凝土之間的粘結(jié)能力問題，WOODWARD、KITAYAMA等[12-13]進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)抗震相關(guān)試驗(yàn)，研究指出梁縱筋黏結(jié)滑移能力對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能具有很大影響。

PARK和PAULAY等[14-15]對(duì)混凝土框架節(jié)點(diǎn)傳利機(jī)理進(jìn)行了研究，于19世紀(jì)70年代首次提出節(jié)點(diǎn)傳力由斜壓桿機(jī)制與桁架機(jī)制兩種傳力機(jī)制共同作用(見圖2)，就其傳力機(jī)制進(jìn)行了深入探討。HWANG等[16-18]提出了拉-壓桿模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了不斷修正得到了簡(jiǎn)化拉-壓桿模型(見圖3)，為混凝土節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算模型發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

(a)混凝土壓桿模型

(a)斜向機(jī)構(gòu)

HENAGER[19]研究了鋼纖維混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能，證實(shí)了纖維混凝土用于梁柱節(jié)點(diǎn)抗震的可行性。隨后，F(xiàn)ILATRAULT等[20-21]通過試驗(yàn)驗(yàn)證了HENAGER等提出的鋼纖維可以有效替代節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)水平箍筋的結(jié)論。GANESAN、ROHM、SHAKYA等[22-24]研究了纖維體積摻量對(duì)混凝土節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響，并與2個(gè)普通鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行了對(duì)比。BAYASI等[25]分析了鋼纖維摻量與配箍減少率的關(guān)系，并提出相應(yīng)的纖維混凝土節(jié)點(diǎn)抗剪承載力計(jì)算公式。

1.2 國(guó)內(nèi)對(duì)普通混凝土框架節(jié)點(diǎn)研究

唐山大地震后，框架節(jié)點(diǎn)專題研究組[26-27]對(duì)鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的抗震性能進(jìn)行了系統(tǒng)試驗(yàn)，研究了軸壓比、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍率、混凝土強(qiáng)度等因素對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響，并提出了相應(yīng)的框架節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)建議。后來徐云扉等[28]通過對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的框架節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)方法的可行性。唐九如、李忠獻(xiàn)等[29-31]研究了框架節(jié)點(diǎn)在水平循環(huán)荷載作用下的抗剪承載力。呂西林、鐘易村、武秀瑩、莫林輝等[32-35]對(duì)往復(fù)荷載下節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)縱筋粘結(jié)滑移進(jìn)行了研究，指出貫穿節(jié)點(diǎn)的梁縱筋滑移引起的梁外端附加撓度占梁柱組合體外端總撓度的30%以上。傅劍平、白紹良等[36-37]按節(jié)點(diǎn)的受力特征將節(jié)點(diǎn)破壞分為斜拉型、斜壓型和斜拉-斜壓復(fù)合型3類，并指出除斜壓桿機(jī)制和桁架機(jī)制外節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)還存在約束機(jī)制，見圖4。

圖4 約束機(jī)制

章文綱等[38]進(jìn)行了鋼筋混凝土梁柱邊節(jié)點(diǎn)和鋼筋鋼纖維梁柱邊節(jié)點(diǎn)試件的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)中，鋼纖維混凝土節(jié)點(diǎn)的耗能能力提高了27%，梁縱筋粘結(jié)滑移量減少了60%～78%。王宗澤等[39]通過試驗(yàn)指出鋼纖維可以有效提高節(jié)點(diǎn)的受剪承載力和延性，但在節(jié)點(diǎn)中配置必要的水平箍筋仍是十分必要的。唐九如、鄭七振等[40-41]提出了考慮鋼纖維含量特征值的鋼筋鋼纖維混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)受剪承載力計(jì)算公式。

2 高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)研究進(jìn)展

纖維的摻入有效提高了普通混凝土的延性能力，但其應(yīng)變軟化特性使鋼纖維普通混凝土并不適用于節(jié)點(diǎn)抗震。為減小構(gòu)件截面尺寸，降低箍筋用量，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始試圖采用更高強(qiáng)度的混凝土來進(jìn)行節(jié)點(diǎn)制作，對(duì)高性能混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)的研究工作得到了相應(yīng)開展。

史科[42]通過13個(gè)高強(qiáng)混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，系統(tǒng)性地研究了軸壓比、混凝土強(qiáng)度、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍率、鋼纖維體積摻量等因素對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響。肖良麗等[43]對(duì)四榀高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)，指出高強(qiáng)混凝土節(jié)點(diǎn)中可適當(dāng)減少箍筋用量。KANG等[44]研究了配置高強(qiáng)縱筋的高強(qiáng)混凝土節(jié)點(diǎn)的抗震性能，試驗(yàn)中層間位移角達(dá)到5%時(shí)未見試件承載力發(fā)生退化，另外摻入1%的纖維減少了30%的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)水平箍筋用量。史慶軒[45]研究了高強(qiáng)箍筋對(duì)高強(qiáng)混凝土節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響，試驗(yàn)中，配高強(qiáng)箍筋的試件延性系數(shù)高出普通箍筋試件9%，總耗散能量要高出57%，配置高強(qiáng)箍筋的試件表現(xiàn)出更加優(yōu)異的抗震性能。

SHANNAG等[46]通過試驗(yàn)指出高性能纖維混凝土框架節(jié)點(diǎn)極限承載力可達(dá)到普通混凝土試件的3倍，耗能能力為普通混凝土節(jié)點(diǎn)試件的20倍，剛度退化能力僅是普通混凝土的1/2。蔣永生等[47]制作了5榀RC-HPC復(fù)合節(jié)點(diǎn)試件，試驗(yàn)指出C60等級(jí)鋼纖維混凝土與鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度比C30等級(jí)纖維混凝土提高了47%，初裂強(qiáng)度提高40%。SAGHAFI等[48]采用HPC替代節(jié)點(diǎn)核心區(qū)和梁柱塑性鉸區(qū)域的普通混凝土，制作了2個(gè)復(fù)合節(jié)點(diǎn)試件與普通混凝土節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行了對(duì)比，試驗(yàn)中RC-HPC復(fù)合節(jié)點(diǎn)試件延性系數(shù)比普通混凝土試件高出了15%左右，且高強(qiáng)混凝土節(jié)點(diǎn)的使用，改變了構(gòu)件原有破壞模式。MANTESINOS等[49]取消了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域中箍筋的配置，且將梁塑性鉸區(qū)域箍筋間距放大了一倍，進(jìn)行了相關(guān)擬靜力試驗(yàn)，試驗(yàn)中試件在較大剪切荷載作用下仍能正常工作。

3 超高性能混凝土框架節(jié)點(diǎn)研究

UHPC是一種新型建筑材料，其超高的強(qiáng)度和優(yōu)異的延性變形能力使得UHPC在結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域中具有廣闊應(yīng)用前景，目前對(duì)于UHPC框架節(jié)點(diǎn)抗震主要有王德弘、鞠彥忠、崔建華等[50-53]開展了研究工作。

研究成果主要有以下幾點(diǎn)：

a.研究了纖維摻量為1.3%的UHPC框架梁柱節(jié)點(diǎn)試件的破壞特征和破壞形式。研究結(jié)果表明：UHPC框架梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞特征和破壞形式與普通混凝土相似，但UHPC節(jié)點(diǎn)開裂強(qiáng)度更高，可達(dá)到極限強(qiáng)度的70%，通裂階段UHPC試件裂縫開展較慢，裂縫分布呈密而廣的趨勢(shì)，進(jìn)入破壞階段后UHPC試件能很好地保持構(gòu)件的完整性，并未出現(xiàn)普通混凝土框架節(jié)點(diǎn)常出現(xiàn)的混凝土大面積剝落現(xiàn)象，損傷控制能力優(yōu)異。

b.系統(tǒng)性地研究了節(jié)點(diǎn)類型、縱筋強(qiáng)度和縱筋配筋率、軸壓比、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍率、梁內(nèi)腰筋與柱內(nèi)非角部鋼筋等因素對(duì)UHPC節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響規(guī)律。并通過Opensees和Abaqus等有限元軟件對(duì)其影響規(guī)律進(jìn)行了驗(yàn)證。

c.對(duì)UHPC框架節(jié)點(diǎn)抗裂性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，探討了軸壓比、纖維摻量、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍量等因素對(duì)UHPC框架節(jié)點(diǎn)抗裂性能的影響。并考慮纖維抗拉拔阻力的有利作用，在簡(jiǎn)化拉-壓桿模型基礎(chǔ)上建立了UHPC框架邊節(jié)點(diǎn)在復(fù)合作用下的初裂承載力計(jì)算公式，見式(1)。

(1)

d.對(duì)UHPC節(jié)點(diǎn)的傳力機(jī)制進(jìn)行了探討并建立了UHPC框架邊節(jié)點(diǎn)在復(fù)合作用下的受剪承載力計(jì)算模型，提出了相應(yīng)的UHPC框架節(jié)點(diǎn)在地震荷載下的抗剪承載力計(jì)算公式，見式(2)。

(2)

4 節(jié)點(diǎn)破壞過程

混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞過程主要可分為以下幾個(gè)階段(破壞現(xiàn)象見圖5)：

(a)普通混凝土框架節(jié)點(diǎn)

a.彈性階段：該階段主要在節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)裂縫之前，此時(shí)構(gòu)件基本處于彈性階段，承載力和剛度基本不發(fā)生退化。在彈性階段中，構(gòu)件主要依靠混凝土基體來承載，鋼筋作用很小，故高強(qiáng)混凝土和超高性能混凝土的彈性階段要長(zhǎng)于普通混凝土構(gòu)件。

b.彈塑性階段：此階段中，隨裂縫不斷發(fā)展，構(gòu)件剛度出現(xiàn)退化，梁縱筋屈服過后并隨著變形向節(jié)點(diǎn)核心區(qū)滲透，剛度退化速度開始增快，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)箍筋應(yīng)變不斷增長(zhǎng)，節(jié)點(diǎn)殘余位移累積增大，直至達(dá)到構(gòu)件峰值強(qiáng)度。

c.退化階段：進(jìn)入退化階段后，核心區(qū)裂縫寬度不斷增長(zhǎng)，節(jié)點(diǎn)變形明顯加大，殘余位移已經(jīng)積累到非常大的程度，構(gòu)件承載力和剛度退化加劇，隨后發(fā)生破壞。不同材料在退化階段呈現(xiàn)出不同的表現(xiàn)，傳統(tǒng)混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)常出現(xiàn)混凝土大面積剝落現(xiàn)象，而高強(qiáng)混凝土脆性較大，其破壞相對(duì)會(huì)更為突然，UHPC框架節(jié)點(diǎn)具有很好的損傷控制能力，能很好地保持構(gòu)件的完整性。

5 節(jié)點(diǎn)抗震性能主要影響因素

節(jié)點(diǎn)抗震性能主要受以下幾個(gè)方面因素影響：

a.混凝土強(qiáng)度。

強(qiáng)度的增加會(huì)提高框架梁柱節(jié)點(diǎn)受剪承載力和初始剛度，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致脆性加大，降低節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的延性和耗能能力，對(duì)構(gòu)件承載力和剛度退化也會(huì)有不利影響。高強(qiáng)混凝土與超高性能混凝土節(jié)點(diǎn)中一般都會(huì)通過添加纖維或密集配筋來對(duì)構(gòu)件延性進(jìn)行補(bǔ)償。

b.節(jié)點(diǎn)核心區(qū)水平箍筋。

節(jié)點(diǎn)核心區(qū)水平箍筋對(duì)混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震有著積極作用。水平箍筋可以對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土起到約束作用，從而提高節(jié)點(diǎn)延性和耗能能力。此外，還能直接參與節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪力的承擔(dān)工作，提高構(gòu)件抗剪承載力。雖然纖維的摻入可以有效減少構(gòu)件中水平箍筋的用量，但無論是在普通混凝土、高強(qiáng)混凝土還是超高性能混凝土節(jié)點(diǎn)中配置適量的箍筋仍是十分必要的。

c.柱端軸壓力。

軸壓力對(duì)于混凝土節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響是一個(gè)極為復(fù)雜的問題，其對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域的綜合抗震性能的影響尚未形成共識(shí)。如在KITAYAMA等[13]、MEINHEIT等[5]和KIM等[7]學(xué)者的研究中發(fā)現(xiàn)柱端軸壓力對(duì)節(jié)點(diǎn)延性和極限承載力影響很小。趙成文、胡慶昌等[55-56]提出一定范圍內(nèi)增大節(jié)點(diǎn)核心區(qū)作用的軸壓力在提高節(jié)點(diǎn)開裂強(qiáng)度和極限強(qiáng)度的同時(shí)，會(huì)加劇節(jié)點(diǎn)的承載能力退化，降低構(gòu)件延性；而傅建平等[57]根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為軸壓比對(duì)于節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗震性能影響需要結(jié)合構(gòu)件所受剪壓比的大小進(jìn)行綜合考慮。

d.纖維摻量。

適量摻入纖維可以顯著提高構(gòu)件延性和耗能能力，同時(shí)降低構(gòu)件承載力和剛度降低速度，并提高構(gòu)件的損傷控制能力。一方面，纖維的橋架作用可以有效抑制核心區(qū)裂縫的發(fā)展，對(duì)核心區(qū)混凝土起到了約束作用；另一方面，纖維受力時(shí)的脫粘、被拔出或被拉斷需要消耗很大的能量，提高了構(gòu)件的耗能能力。由于纖維提高了鋼筋周圍混凝土基體的完整性，令鋼筋與混凝土的粘結(jié)能力得到強(qiáng)化，提高了構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度保持能力。

e.梁縱筋與混凝土之間的粘結(jié)性能。

錨固破壞是一種常見的節(jié)點(diǎn)破壞模式，在地震力的反復(fù)作用下，傳統(tǒng)混凝土與鋼筋的粘結(jié)性能在通裂階段會(huì)迅速惡化，導(dǎo)致鋼筋與混凝土的粘結(jié)發(fā)生失效，節(jié)點(diǎn)區(qū)域可能提前發(fā)生錨固破壞。通過增加限制梁縱筋相對(duì)貫穿長(zhǎng)度、鋼筋錨固形式、短梁頭、轉(zhuǎn)移梁端塑性鉸等措施均可有效增大梁縱筋與混凝土之間的粘結(jié)性能，提高節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的綜合抗震性能。

f.貫通節(jié)點(diǎn)的柱內(nèi)非角部縱筋和梁內(nèi)腰筋。

貫通節(jié)點(diǎn)的柱內(nèi)非角部縱筋和梁部腰筋柱內(nèi)非角部縱筋可以提高節(jié)點(diǎn)構(gòu)件初始剛度與抗剪強(qiáng)度，增大節(jié)點(diǎn)延性和耗能能力。一方面，貫通節(jié)點(diǎn)的柱內(nèi)非角部鋼筋和梁內(nèi)腰筋可以給核心區(qū)混凝土提供有效約束，抑制裂縫的發(fā)展；另一方面，它還參與了桁架機(jī)構(gòu)中主拉應(yīng)力的承擔(dān)工作，起到一分部抗剪作用。

6 框架節(jié)點(diǎn)受剪計(jì)算公式

各國(guó)學(xué)者對(duì)節(jié)點(diǎn)的傳力機(jī)理理解不同，各自相關(guān)規(guī)范中所提出的對(duì)混凝土節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)也并不統(tǒng)一。部分國(guó)家認(rèn)為節(jié)點(diǎn)中所需箍筋用量與節(jié)點(diǎn)作用剪力的大小有關(guān)，首先計(jì)算出節(jié)點(diǎn)中的剪力大小，然后利用所提出的抗剪公式推導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)的箍筋用量。采用這類控制體系的有代表性規(guī)范主要有中國(guó)GB50010、新西蘭NZS3101、歐州Eurocode8等[58-60]規(guī)范。還有部分國(guó)家則強(qiáng)調(diào)對(duì)節(jié)點(diǎn)中的最大剪壓比進(jìn)行控制，然后按照最小配箍量控制條件確定箍筋用量。美國(guó)ACI318-14[61]和日本AIJ—1990[62]規(guī)范采用該類控制。公式列表見表1。

材料構(gòu)成上的差異使得普通混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范并不適用于超高性能混凝土結(jié)構(gòu)，一方面，超高性能混凝土并不存在粗骨料，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)裂縫兩側(cè)的骨料咬合力對(duì)抗震受剪能力的貢獻(xiàn)將極大弱化，另一方面，纖維的橋架作用在提供節(jié)點(diǎn)受剪能力的同時(shí)減小了斜裂縫間混凝土的受壓計(jì)算長(zhǎng)度。

王德宏[63]認(rèn)為UHPC節(jié)點(diǎn)受剪承載力主要由混凝土、水平箍筋和鋼纖維三部分提供，基于試驗(yàn)結(jié)果，提出了UHPC節(jié)點(diǎn)受剪承載力計(jì)算，相對(duì)于湖南省地方規(guī)程[64]提出的UHPC框架梁柱節(jié)點(diǎn)抗剪承載力計(jì)算公式[見式(3)]，王德弘所提式中忽略了軸壓力對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪承載力的影響[見式(2)]，主要是考慮到粗骨料消失導(dǎo)致裂縫兩側(cè)骨料咬合力和摩擦力貢獻(xiàn)的弱化，致使軸壓力對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)裂縫的抑制能力無法轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)承剪能力。對(duì)比節(jié)點(diǎn)抗剪承載力試驗(yàn)值與DBJ 43/T 325—2017、王德弘所提公式計(jì)算結(jié)果，如表2所示。由表2可見，兩種關(guān)于UHPC框架梁柱節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算公式均能很好預(yù)測(cè)UHPC框架梁柱節(jié)點(diǎn)的實(shí)際抗剪承載能力。

表1 普通混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗剪承載力計(jì)算公式Table 1 Calculation formula of shear bearing capacity of concrete frame joints規(guī)范計(jì)算公式計(jì)算模型ACI318Vn=0.083φγf′c bjhj壓桿-拉桿模型AIJ-1990Vju≤k? Fj bj hj壓桿-拉桿模型NZS3101Vjh=f′c fyhAsh6 fyAsb(1.4-1.6Pu/(bjhj f′c))桁架-斜壓桿機(jī)構(gòu)GB50010Vj=1γRE(1.1ηj ft hj bj+0.05ηjNbjbc+fyvAsvjho-a′ss)基于桁架-斜壓桿模型的半經(jīng)驗(yàn)公式EC8Vjbj hjc=λγRd(12 τRd+vd fcd)+Ash fydbjhjw壓桿-拉桿模型注: 表中規(guī)范所提公式針對(duì)一般情況下。

DBJ 43/T 325—2017規(guī)程所提公式：

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表2 UHPC節(jié)點(diǎn)抗剪承載力計(jì)算公式對(duì)比Table 2 Comparison of calculation formulas for shear bearing capacity of UHPC nodes節(jié)點(diǎn)試件編號(hào)試驗(yàn)值承載力計(jì)算值V王德宏VDBJ43/T325V王/V試驗(yàn)VDB/V試驗(yàn)EJ-1271.2245.56305.120.911.12邊節(jié)點(diǎn)EJ-2302.63224.02287.410.740.94EJH-1232.88200.51245.960.861.05J-1374.82299.88305.440.800.81中節(jié)點(diǎn)J-3380.91279.51311.200.730.82LJ-31 128.09833.62920.910.740.82LJ-8967.21710.40787.800.730.81

7 發(fā)展趨勢(shì)和展

普通混凝土框架節(jié)點(diǎn)雖已發(fā)展較為成熟，但為順應(yīng)現(xiàn)今建筑結(jié)構(gòu)向高層、大跨發(fā)展的趨勢(shì)，滿足建筑結(jié)構(gòu)高強(qiáng)、減重的要求，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始研究強(qiáng)度更高、延性更加優(yōu)異的新型節(jié)點(diǎn)以解決當(dāng)下建筑結(jié)構(gòu)所遇瓶頸。合理設(shè)計(jì)的HPC和UHPC框架節(jié)點(diǎn)具有更加優(yōu)異的綜合抗震性能，可有效解決當(dāng)前工程結(jié)構(gòu)中普遍存在如結(jié)構(gòu)自重大、配筋過多、耗能能力不足等關(guān)鍵問題。研究新材料框架節(jié)點(diǎn)抗震性能，對(duì)促進(jìn)其在結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用，推進(jìn)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和條款等標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，具有十分重要的意義。結(jié)合前人關(guān)于節(jié)點(diǎn)方面的研究成果，本文作者綜合考慮之下，提出了以下幾點(diǎn)發(fā)展方向：

a.目前關(guān)于HPC與UHPC框架節(jié)點(diǎn)傳力機(jī)制、承載能力設(shè)計(jì)等方面研究工作較匱乏，僅見國(guó)內(nèi)東南大學(xué)蔣永生教授、鄭州大學(xué)高丹盈教授和國(guó)外首爾大學(xué)KANG教授等相關(guān)團(tuán)隊(duì)就HPC框架節(jié)點(diǎn)傳力機(jī)制、抗剪承載力計(jì)算公式方面開展了相關(guān)研究工作，而UHPC框架節(jié)點(diǎn)方面僅哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄭文忠教授和日本廣島大學(xué)SUNGANO教授等[65]相關(guān)團(tuán)隊(duì)開展了此方面研究工作，當(dāng)前研究成果并不足以支撐相關(guān)部分的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的編制，還需深入研究。

b.現(xiàn)今關(guān)于HPC與UHPC節(jié)點(diǎn)抗震相關(guān)研究尚不具備普適性。材料材性上的突破必然導(dǎo)致新型節(jié)點(diǎn)抗震性能受如軸壓比、混凝土強(qiáng)度等相關(guān)因素影響呈現(xiàn)出與普通混凝土節(jié)點(diǎn)不同的規(guī)律。有研究指出提高UHPC梁縱筋配筋率可以增大其彎曲延性，表現(xiàn)出與普通混凝土梁構(gòu)件截然相反的趨勢(shì)[66]和在0.71的軸壓比下，UHPC柱在強(qiáng)震下位移延性系數(shù)仍達(dá)到了5.31[67]。這都表明材料材性上的差異使得部分傳統(tǒng)因素對(duì)新型節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響規(guī)律出現(xiàn)變化，需進(jìn)一步研究。

c.傳統(tǒng)混凝土由于變性能力差，無法充分發(fā)揮高性能鋼筋的工作能力。研究表明UHPC與高強(qiáng)鋼筋和高強(qiáng)材料能夠充分發(fā)揮彼此的高強(qiáng)特性，保持構(gòu)件高延性變形能力的同時(shí)能有效減少構(gòu)件中的鋼筋用量，具有非?，F(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)意義與工程意義。對(duì)配置高強(qiáng)鋼筋或高性能材料如FRP的UHPC構(gòu)件的研究工作還有待進(jìn)一步開展。

d.傳統(tǒng)混凝土耐腐蝕能力和抗凍融循環(huán)特性差，并不適用于在如海洋環(huán)境等極端環(huán)境條件下工作。研究表明UHPC節(jié)點(diǎn)在循環(huán)荷載作用下具有更加優(yōu)異的抗裂性能，且其材料本身耐腐蝕性和抗凍融循環(huán)特性優(yōu)異，在極端環(huán)境下對(duì)其抗震性能進(jìn)行研究很有實(shí)際工程意義。

e.實(shí)際震害后，普通混凝土節(jié)點(diǎn)破壞嚴(yán)重，震后修復(fù)工作困難。配置適量纖維后的HPC節(jié)點(diǎn)與UHPC節(jié)點(diǎn)在損傷控制能力方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，破壞時(shí)基體完整性保持更好。對(duì)HPC和UHPC框架節(jié)點(diǎn)在震后修補(bǔ)，以及修復(fù)后結(jié)構(gòu)二次受震方面研究工作有待開展。另外，UHPC本身是很好的混凝土加固材料，法赫德國(guó)王石油與礦業(yè)大學(xué)的KHAN教授團(tuán)隊(duì)曾就采用UHPC加固后的傳統(tǒng)混凝土節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)，結(jié)果表明采用UHPC對(duì)傳統(tǒng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固，可以有效提高原結(jié)構(gòu)的綜合抗震性能，不同材料對(duì)混凝土框架節(jié)點(diǎn)加固效果具體參數(shù)見表3。

表3 不同材料對(duì)混凝土框架節(jié)點(diǎn)加固效果對(duì)比Table 3 Comparison of the reinforcement effect of different materials on concrete frame joints研究者加固材料加固層厚度/mm提高程度/%強(qiáng)度剛度耗能KHAN[68]UHPC Cast in-suit30125179210KHAN[68]Prefabricated UHPFRC Plates30144120160ESMAEELI[69]GFRP Strengthened SHCC2546.7Restored95ESMAEELI[70]Prefabricated HCP2551.422.584TSONOS[71]Ferrocement Jacket3016.634171TSONOS[72]Shotcrete Jacketing7011575120

f.當(dāng)下制約HPC和UHPC在實(shí)際工程中應(yīng)用除尚無成體系的設(shè)計(jì)規(guī)范以外，其造價(jià)較高也是一主要原因。有學(xué)者已經(jīng)開展了關(guān)于框架梁柱組合構(gòu)件中節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域采用HPC或UHPC制成的復(fù)合節(jié)點(diǎn)構(gòu)件抗震性能的研究工作，已驗(yàn)證其可行性，對(duì)此方面的研究有助于推動(dòng)HPC和UHPC框架節(jié)點(diǎn)在實(shí)際工程中的推廣應(yīng)用。