王鐵成，趙海龍，郝貴強(qiáng)，張學(xué)輝

(1. 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072；2. 天津市土木工程結(jié)構(gòu)及新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

纖維增強(qiáng)異形柱中間節(jié)點(diǎn)抗震性能的試驗(yàn)研究

王鐵成1,2，趙海龍1，郝貴強(qiáng)1，張學(xué)輝1

(1. 天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，天津 300072；2. 天津市土木工程結(jié)構(gòu)及新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072)

通過(guò)聚丙烯纖維增強(qiáng)異形柱中間節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的試驗(yàn)研究，對(duì)比分析了加纖維和不加纖維的異形柱梁柱中間節(jié)點(diǎn)的破壞特征、承載能力和延性、滯回特性、剛度退化及耗能能力等性能指標(biāo)．建立了損傷模型對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行累積損傷評(píng)價(jià)，并進(jìn)行有限元分析．研究表明，在中間節(jié)點(diǎn)使用纖維增強(qiáng)可顯著改善和提高異形柱節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)和開(kāi)裂荷載，減小節(jié)點(diǎn)的累積損傷，改善抗震性能，但對(duì)耗能能力影響并不顯著．

節(jié)點(diǎn)；異形柱；纖維；有限元

鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)是框架結(jié)構(gòu)的傳力樞紐，是嚴(yán)重地震作用下非線性反應(yīng)和抗震設(shè)防的最重要部位[1-2]．中間節(jié)點(diǎn)在左右兩側(cè)彎矩、剪力以及軸力的作用下，處于更加不利的復(fù)合受力狀態(tài)．異形柱節(jié)點(diǎn)由于柱截面高厚比大，梁寬與柱厚相等，梁中縱向鋼筋須彎折一定角度后才能錨固，節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋密集，混凝土不易振搗密實(shí)，因此，異形柱節(jié)點(diǎn)比矩形梁柱節(jié)點(diǎn)薄弱，其震害可能更為嚴(yán)重．振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和擬靜力試驗(yàn)研究表明，異形柱節(jié)點(diǎn)破壞嚴(yán)重，限制了異形柱結(jié)構(gòu)的高度，成為異形柱結(jié)構(gòu)薄弱部位[3-6]．如何解決異形柱節(jié)點(diǎn)薄弱的問(wèn)題，成為現(xiàn)在異形柱結(jié)構(gòu)研究的重點(diǎn)之一．

聚丙烯纖維在混凝土的堿性條件下非常穩(wěn)定，具有良好的分散性，在機(jī)械性能、可操作性能、性能價(jià)格比等諸多方面優(yōu)于其他纖維，有利于工程應(yīng)用．因此，筆者基于框架抗震試驗(yàn)，針對(duì)一層節(jié)點(diǎn)薄弱部位[7]，制作了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)局部采用聚丙烯纖維混凝土增強(qiáng)及無(wú)纖維增強(qiáng)的2個(gè)中間節(jié)點(diǎn)試件，通過(guò)進(jìn)行反復(fù)加載下的對(duì)比試驗(yàn)，研究纖維改善異形柱節(jié)點(diǎn)的破壞特征、承載能力和延性、滯回特性、剛度退化等抗震性能指標(biāo)，應(yīng)用節(jié)點(diǎn)累積損傷模型對(duì)其進(jìn)行累積損傷評(píng)價(jià)并進(jìn)行數(shù)值模擬．

1 模型設(shè)計(jì)及試驗(yàn)概況

節(jié)點(diǎn)模型采用縮尺比例1/2，纖維增強(qiáng)中間節(jié)點(diǎn)(J-+a)核心區(qū)(梁高范圍的柱段)以聚丙烯纖維混凝土澆筑，纖維性能參數(shù)為：密度0.91,g/mm3，等效直徑18～28,μm，平均長(zhǎng)度19,mm，抗拉強(qiáng)度582,MPa，極限延伸率20.5%，彈性模量＜45,GPa，熔點(diǎn)172,℃．纖維用量按工程一般摻量0.9,kg/m3，相當(dāng)于體積分?jǐn)?shù)為0.1%．作為對(duì)比，無(wú)纖維增強(qiáng)中間節(jié)點(diǎn)(J-+)的幾何尺寸及配筋與纖維增強(qiáng)構(gòu)件(J-+a)相同，混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C45，梁柱縱筋使用HRB400級(jí)鋼筋，箍筋使用HPB235級(jí)鋼筋，中節(jié)點(diǎn)配筋情況如圖1所示，鋼筋及混凝土材料力學(xué)性能如表1所示．澆注時(shí)在核心區(qū)四周插入擋板，對(duì)纖維混凝土和普通混凝土同時(shí)澆注，待振搗完畢抽出擋板，使其混合．

圖1 中節(jié)點(diǎn)配筋情況Fig.1 Reinforcement details of interior joints

表1 異形柱節(jié)點(diǎn)的鋼筋和混凝土力學(xué)性能Tab.1 Material property of steel bars and concrete of the joints with specially shaped columns

試驗(yàn)過(guò)程中采用豎向千斤頂對(duì)異形柱頂施加軸力并保持恒定，2個(gè)中節(jié)點(diǎn)的軸壓力均為350,kN，軸壓比為0.23．通過(guò)一對(duì)拉壓千斤頂在左右梁端同步施加反對(duì)稱荷載，推拉反復(fù)以模擬地震作用，加載裝置如圖2所示．采用力-位移混合控制加載，試件屈服前，采用荷載控制分級(jí)加載(每級(jí)荷載循環(huán)1次)，屈服后采用位移控制加載(每級(jí)位移循環(huán)3次)直至試件破壞．通過(guò)DH3818靜態(tài)電阻應(yīng)變儀采集荷載位移關(guān)系，鋼筋表面預(yù)先貼置應(yīng)變片用以記錄鋼筋應(yīng)變．

圖2 加載裝置Fig.2 Loading equipment

2 破壞特征

通過(guò)對(duì)比2個(gè)節(jié)點(diǎn)的破壞特征可以發(fā)現(xiàn)：節(jié)點(diǎn)J-+梁內(nèi)混凝土裂縫開(kāi)展數(shù)量較少，但裂縫寬度較大，且最終破壞時(shí)梁端破壞嚴(yán)重，混凝土保護(hù)層嚴(yán)重剝落，梁端縱筋、箍筋外露，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)腹板內(nèi)裂縫開(kāi)展較多，腹板內(nèi)部分混凝土保護(hù)層剝落，柱縱筋箍筋外露；而J-+a節(jié)點(diǎn)梁內(nèi)裂縫開(kāi)展數(shù)量較多，但裂縫寬度較小，斜裂縫數(shù)量開(kāi)展緩慢，最終破壞時(shí)梁端混凝土保護(hù)層裂而不碎．試件的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)翼緣內(nèi)均出現(xiàn)數(shù)條斜裂縫，但節(jié)點(diǎn)J-+翼緣內(nèi)斜裂縫較節(jié)點(diǎn)J-+a數(shù)量更多，裂縫長(zhǎng)度更大．通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)的破壞情況可知，在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)澆筑聚丙烯纖維混凝土，可以顯著改善異形柱中間節(jié)點(diǎn)的混凝土碎裂剝落現(xiàn)象，減小核心區(qū)內(nèi)裂縫數(shù)量和寬度．節(jié)點(diǎn)的最終破壞照片如圖3所示．

圖3 中間節(jié)點(diǎn)破壞照片F(xiàn)ig.3 Damaged photos of interior joints

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 承載力、位移及延性

異形柱中間節(jié)點(diǎn)的開(kāi)裂荷載、屈服荷載、極限荷載、開(kāi)裂位移、屈服位移、極限位移、破壞位移及位移延性系數(shù)見(jiàn)表2．

承載能力和延性是工程結(jié)構(gòu)抗震中的重要指標(biāo)．由表2可見(jiàn)，纖維增強(qiáng)異形柱中間節(jié)點(diǎn)的開(kāi)裂、屈服和極限荷載較普通異形柱節(jié)點(diǎn)分別提高22.6%、10.4%和5%，說(shuō)明在異形柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)澆筑聚丙烯纖維混凝土可以顯著提高節(jié)點(diǎn)的開(kāi)裂荷載，同時(shí)也能提高其他階段承載能力，纖維增強(qiáng)對(duì)節(jié)點(diǎn)前期承載能力提高更加明顯．

纖維增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)屈服后各項(xiàng)荷載對(duì)應(yīng)的位移均大于普通異形柱節(jié)點(diǎn)，極限位移和破壞位移分別提高11.5%和8%，說(shuō)明在異形柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)澆筑聚丙烯纖維混凝土也可以提高其彈塑性變形能力．表2中位移延性系數(shù)是由破壞位移與屈服位移相除得來(lái)，屈服位移是在骨架曲線上通過(guò)等面積法確定的，而破壞位移則是骨架曲線上荷載下降到極限荷載的85%時(shí)對(duì)應(yīng)的位移，研究表明，結(jié)構(gòu)位移延性系數(shù)的取值一般在3～5之間，以保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件有較高的曲率延性，更利于結(jié)構(gòu)抗震，本文計(jì)算得到中間節(jié)點(diǎn)的位移延性系數(shù)平均值分別為4.00和4.38，延性較好，纖維增強(qiáng)后延性提高約10%．

表2 中間節(jié)點(diǎn)的承載力、位移及延性系數(shù)Tab.2 Loading，displacement and ductility coefficient of interior joints

3.2 滯回特性

異形柱中間節(jié)點(diǎn)的梁端彎矩-位移滯回曲線如圖4所示．

比較異形柱中間節(jié)點(diǎn)的滯回曲線，滯回環(huán)開(kāi)始形狀為梭形，之后逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣危院?，隨著加載循環(huán)次數(shù)的增加，變形持續(xù)增加，而承載力增加較小．在每一次加載過(guò)程中，加載曲線的斜率隨荷載增大而減小．?dāng)?shù)次反復(fù)加載以后，加載曲線上出現(xiàn)反彎點(diǎn)(拐點(diǎn))，形成中間捏攏現(xiàn)象．從滯回曲線對(duì)比可見(jiàn)，纖維增強(qiáng)中節(jié)點(diǎn)達(dá)到峰值荷載后強(qiáng)度退化較為緩慢，其后期變形能力更大，滯回環(huán)更加飽滿，體現(xiàn)出更好的耗能能力．

圖4 中間節(jié)點(diǎn)梁端彎矩-位移滯回曲線Fig.4 Hysteretic curves of moment-displacement of interior joints

3.3 剛度退化

剛度與承載能力和延性一樣也是結(jié)構(gòu)抗震性能的一個(gè)重要指標(biāo)．定義坐標(biāo)原點(diǎn)與某次循環(huán)的荷載峰值(即骨架曲線上的點(diǎn))連線的斜率為等效剛度，其值由K＝F/Δ得到，F(xiàn)為荷載、Δ為位移．在位移不斷增大的情況下，剛度一環(huán)比一環(huán)減小，因此，剛度將隨著循環(huán)周數(shù)和位移接近極限而減小，這就是剛度退化．根據(jù)異形柱中間節(jié)點(diǎn)試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到異形中間節(jié)點(diǎn)組合體等效剛度，并繪制成圖，如圖5所示．

圖5 異形柱節(jié)點(diǎn)剛度退化曲線Fig.5 Rigidity degradation curves of joints with specially

對(duì)比異形柱中間節(jié)點(diǎn)的剛度退化曲線，總體上增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的初始剛度明顯高于無(wú)纖維增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，剛度退化的退化規(guī)律為先速降后緩降，整體變化緩慢均勻，表現(xiàn)出反復(fù)荷載作用下剛度的損傷發(fā)展和剛度的退化．而無(wú)纖維增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)初始剛度低，剛度迅速下降，表現(xiàn)出更加明顯的脆性特征．這主要是由于聚丙烯纖維混凝土增強(qiáng)后節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土更加密實(shí)，整體性更好，能夠承受多次反復(fù)荷載作用．

3.4 耗能能力

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耗能通常被認(rèn)為是其延性的能量表達(dá)，滯回環(huán)的面積可以衡量構(gòu)件的耗能能力．結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的滯回曲線中滯回環(huán)包圍的面積，等于在這個(gè)循環(huán)中吸收的能量，從直觀上看滯回環(huán)的飽滿程度反映構(gòu)件消耗能量的能力．

為考慮滯回環(huán)面積受到的強(qiáng)度和剛度退化的影響，可用等效黏滯阻尼系數(shù)he來(lái)衡量試件的耗能能力，其定義為

如圖6所示，式(1)中分子為曲線ABCD所包圍的面積，代表滯回曲線一個(gè)循環(huán)所耗散的能量，三角形OBE面積表示假想的彈性結(jié)構(gòu)達(dá)到相同位移OE時(shí)所吸收的能量．曲線面積ABCD與三角形OBE、ODF面積和之比表示耗散的能量與等效彈性體產(chǎn)生相同位移時(shí)所需的能量之比．he值越大耗能能力越好．圖7為試驗(yàn)所得構(gòu)件黏滯阻尼系數(shù)變化曲線在加載不同時(shí)期的變化．

圖6 荷載-變形滯回曲線Fig.6 Load-displacement hysteretic curve

2個(gè)節(jié)點(diǎn)等效黏滯阻尼系數(shù)都經(jīng)過(guò)了加載初期平穩(wěn)發(fā)展階段、屈服后的迅速增長(zhǎng)階段和加載后期的緩慢增長(zhǎng)階段．加載初期由于裂縫較小，結(jié)構(gòu)基本處于彈性階段，加載后變形小，其耗能能力較?。粯?gòu)件屈服后，由于塑性鉸的不斷發(fā)展，變形加大以及裂縫反復(fù)張合引起摩擦，使得滯回環(huán)越來(lái)越飽滿，耗能能力越來(lái)越強(qiáng)；加載超過(guò)最大荷載以后，變形加大、梁端斜裂縫反復(fù)的張合以及梁端和節(jié)點(diǎn)區(qū)主筋發(fā)生的黏結(jié)退化引起耗能能力提高．

通過(guò)比較圖7可以發(fā)現(xiàn)J-+a的耗能能力在加載的前期和中期較差，其原因主要是由于纖維減少了裂縫的數(shù)量，增強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)的剛度，減小了變形，從而前期耗能能力不大；但是后期多次反復(fù)荷載作用下，由于纖維對(duì)節(jié)點(diǎn)韌性和變形能力上的改善，其耗能能力與J-+構(gòu)件接近．

圖7 等效黏滯阻尼系數(shù)Fig.7 Coefficient of equivalent viscous damping

4 累積損傷

在反復(fù)荷載作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)由于塑性變形的發(fā)展而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損傷累積，從而加重結(jié)構(gòu)承載能力及剛度的劣化，對(duì)結(jié)構(gòu)承受抗震非常不利，因此如何反映鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的累積損傷，根據(jù)結(jié)構(gòu)地震設(shè)防烈度的損傷預(yù)測(cè)進(jìn)行完全、合理的抗震設(shè)計(jì)具有重要的意義．

依據(jù)能量耗散原理和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在低周往復(fù)荷載作用下的荷載-位移滯回特性，以結(jié)構(gòu)在理想無(wú)損傷狀態(tài)下外力所做的功為初始標(biāo)量，建立往復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估模型，綜合反映往復(fù)荷載作用下，混凝土結(jié)構(gòu)在變形過(guò)程中的能量耗散、強(qiáng)度衰減、剛度退化等累積損傷特征，能夠跟蹤任意循環(huán)下結(jié)構(gòu)的累積損傷劣化程度(以累積損傷指標(biāo)Dcy表示)，從而反映混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際震害．根據(jù)文獻(xiàn)[8]可按式(2)研究本構(gòu)件的累積損傷指標(biāo)．

圖8 節(jié)點(diǎn)第i循環(huán)的滯回特性Fig.8 Hysteretic characteristic of joint under cycle i

計(jì)算得到中節(jié)點(diǎn)各主要階段累積損傷指標(biāo)結(jié)果如表3所示．研究表明，異形柱結(jié)構(gòu)根據(jù)損傷指標(biāo)和結(jié)構(gòu)實(shí)際損傷程度可劃分為5個(gè)損傷等級(jí)：①損傷指標(biāo)Dcy＝0～0.2，結(jié)構(gòu)基本完好；②Dcy＝0.2～0.4，結(jié)構(gòu)輕微損傷，裂縫寬度在0.2,mm以內(nèi)；③Dcy＝0.4～0.6，結(jié)構(gòu)處于中等損傷，裂縫寬度從0.2,mm到結(jié)構(gòu)屈服；④Dcy＝0.6～0.9，從結(jié)構(gòu)屈服到破壞荷載，結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞；⑤Dcy＞0.9，結(jié)構(gòu)倒塌[8]．

表3 節(jié)點(diǎn)累積損傷指標(biāo)Tab.3 Results of cumulated damage index of joints

由表3可見(jiàn)，中間節(jié)點(diǎn)J-+各主要荷載階段對(duì)應(yīng)的累積損傷指標(biāo)值基本符合文獻(xiàn)[8]提出的異形柱結(jié)構(gòu)5個(gè)損傷等級(jí)；而J-+a由于節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土摻入聚丙烯纖維，延遲了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土的開(kāi)裂，且裂縫寬度始終較小，在加載后期節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)裂縫寬度才接近0.2,mm，而此時(shí)框架梁端位移較大，試件已經(jīng)屈服，因此J-+a節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)裂縫接近0.2,mm時(shí)對(duì)應(yīng)的累積損傷指標(biāo)值大于該試件屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的累積損傷指標(biāo)值，這與普通異形柱結(jié)構(gòu)的5個(gè)損傷等級(jí)有所差別．節(jié)點(diǎn)J-+a屈服后各主要加載階段的累積損傷指標(biāo)值均分別小于J-+相應(yīng)階段的累積損傷指標(biāo)值，表明在異形柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維可以減輕異形柱節(jié)點(diǎn)的累積損傷程度．

5 有限元分析

采用大型通用有限元軟件ANSYS對(duì)本文2個(gè)中間節(jié)點(diǎn)以及文獻(xiàn)[9]中的邊節(jié)點(diǎn)(其中J-T為普通混凝土的邊節(jié)點(diǎn)，J-Ta為節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用纖維混凝土的邊節(jié)點(diǎn))建模進(jìn)行分析，模型采用分離式建模，混凝土采用SOLID65單元，鋼筋采用LINK8單元，認(rèn)為鋼筋與混凝土單元之間黏結(jié)良好，不考慮二者之間滑移的影響．文中異形柱模型混凝土單元尺寸采用50,mm以上，以保證計(jì)算結(jié)果收斂．有限元分析中各異形柱邊節(jié)點(diǎn)和異形柱中間節(jié)點(diǎn)有限元模型見(jiàn)圖9．

圖9 異形柱節(jié)點(diǎn)有限元模型Fig.9 Finite element model of joints with specially shaped columns

圖10 異形柱節(jié)點(diǎn)荷載-位移曲線Fig.10 Loading-displacement curves of joints with specially shaped columns

纖維混凝土材料屬性根據(jù)纖維混凝土材性試驗(yàn)數(shù)據(jù)并參考纖維混凝土本構(gòu)相關(guān)文獻(xiàn)[10-12]確定．加載方式為梁端單向加載，求解過(guò)程中適當(dāng)放寬收斂準(zhǔn)則以保證混凝土結(jié)構(gòu)非線性計(jì)算時(shí)容易收斂．各異形柱節(jié)點(diǎn)有限元計(jì)算值與試驗(yàn)值對(duì)比情況如圖10所示，圖中節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)值為梁端正反向加載平均值．

由圖10可知，荷載較小時(shí)，梁?jiǎn)卧Ｐ蛣偠扰c試件框架梁剛度基本相同，計(jì)算值與試驗(yàn)值曲線大致重合，隨著荷載不斷增大，試件框架梁及節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)混凝土裂縫不斷開(kāi)展加寬，框架梁剛度發(fā)生變化，荷載曲線斜率減小，而有限元分析時(shí)混凝土裂縫是彌散在混凝土單元中的，不能完全模擬混凝土裂縫實(shí)際開(kāi)展情況，梁?jiǎn)卧Ｐ蛣偠缺瓤蚣芰簩?shí)際剛度大，計(jì)算值曲線逐漸高出試驗(yàn)值曲線．有限元模型未考慮鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)滑移和累積損傷等因素，因此計(jì)算承載力高于試驗(yàn)承載力，但兩者的差值較小．通過(guò)比較各節(jié)點(diǎn)計(jì)算值與試驗(yàn)值可知，應(yīng)用有限元對(duì)異形柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行非線性分析是可行的．

圖11為異形柱中間節(jié)點(diǎn)核心區(qū)及梁內(nèi)距節(jié)點(diǎn)20,cm(J-+a 20)、40,cm(J-+a 40)和60,cm(J-+a,60)范圍內(nèi)考慮纖維混凝土的有限元分析結(jié)果．

由圖11可以看出，節(jié)點(diǎn)J-+a,20、J-+a,40、J-+a,60加載前期與節(jié)點(diǎn)J-+a加載曲線較為接近，荷載達(dá)到30,kN左右后節(jié)點(diǎn)J-+a荷載曲線斜率下降較快，隨著變形的不斷增大，節(jié)點(diǎn)J-+a 20、J-+a,40、J-+a,60的承載能力與節(jié)點(diǎn)J-+a相比逐漸增大．可見(jiàn)，異形柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)和框架梁內(nèi)同時(shí)考慮纖維混凝土?xí)r，其增強(qiáng)效果好于僅在異形柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)考慮纖維混凝土的情況，異形柱節(jié)點(diǎn)受力情況隨框架梁內(nèi)纖維混凝土澆注長(zhǎng)度的改變而變化．

圖11 纖維同時(shí)增強(qiáng)框架梁時(shí)中間節(jié)點(diǎn)荷載-位移曲線Fig.11 Loading-displacement curves of interior joints as beam reinforced by fiber

6 結(jié) 論

(1) 對(duì)比異形柱中間節(jié)點(diǎn)的破壞特征，往復(fù)荷載作用下在異形柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維，與普通異形柱節(jié)點(diǎn)相比，可有效改善普通異形柱節(jié)點(diǎn)的剝裂狀態(tài)，減少核心區(qū)裂縫數(shù)量，減小裂縫寬度．

(2) 比較中間節(jié)點(diǎn)的承載力和位移，節(jié)點(diǎn)J-+a核心區(qū)開(kāi)裂荷載較節(jié)點(diǎn)J-+提高約23%，極限承載力提高約5%，極限位移提高約12%，可見(jiàn)在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土內(nèi)摻入聚丙烯纖維，與普通異形柱節(jié)點(diǎn)相比，可有效提高節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的開(kāi)裂荷載，同時(shí)可不同程度地增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的承載能力和變形性能．

(3) 比較中間節(jié)點(diǎn)剛度退化和黏滯阻尼變化可以發(fā)現(xiàn)，纖維增強(qiáng)構(gòu)件的初始剛度顯著增大，加載后期剛度退化更加緩慢；耗能能力在屈服前降低較多，屈服后與無(wú)纖維節(jié)點(diǎn)耗能能力相差不大．

(4) 應(yīng)用累積損傷模型對(duì)纖維增強(qiáng)異形柱中間節(jié)點(diǎn)和普通異形柱中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行累積損傷分析，計(jì)算得到纖維增強(qiáng)異形柱節(jié)點(diǎn)的累積損傷指標(biāo)值均普遍小于普通異形柱節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的累積損傷指標(biāo)值，表明在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土摻入聚丙烯纖維可降低異形柱節(jié)點(diǎn)的累積損傷程度．

(5) 通過(guò)對(duì)各異形柱節(jié)點(diǎn)有限元分析可知，利用ANSYS有限元軟件對(duì)普通異形柱節(jié)點(diǎn)和纖維增強(qiáng)的異形柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行非線性有限元分析是可行的，通過(guò)有限元分析可以實(shí)現(xiàn)不同范圍內(nèi)纖維增強(qiáng)異形柱節(jié)點(diǎn)的受力情況．

［1］ Shiohara H. New model for shear failure of RC interior beam-column connections[J]. Journal of Structural Engineering，2001，2：152-160.

［2］ Ghobarah A，EL-Amoury T. Seismic rehabilitation of deficient exterior concrete frame joints[J]. Journal of Composites for Construction，2005，9(5)：408-416.

［3］ 黃 玨，肖建莊，葛亞杰，等. 異形柱框架節(jié)點(diǎn)受力性能研究進(jìn)展與評(píng)述[J]. 結(jié)構(gòu)工程師，2002(1)：52-57. Huang Jue，Xiao Jianzhuang，Ge Yajie，et al. Investigation on frame joint with special-shape columns[J]. Structural Engineers，2002(1)：52-57(in Chinese).

［4］ 陳昌宏，單 建，馬樂(lè)為，等. 鋼筋混凝土異形柱框架節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)[J]. 工業(yè)建筑，2007，37(2)：6-10. Chen Changhong，Shan Jian，Ma Lewei，et al. Seismic performance experiment on the special-shaped column frame structures joints of reinforced concrete[J]. Industrial Building，2007，37(2)：6-10(in Chinese).

［5］ 王鐵成，林 海，康谷貽，等. 鋼筋混凝土異形柱框架試驗(yàn)及靜力彈塑性分析[J]. 天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，39 (12)：1457-1464. Wang Tiecheng，Lin Hai，Kang Guyi，et al. Experiment and nonlinear static analysis of RC special shaped column frames[J]. Journal of Tianjin University，2006，39(12)：1457-1464(in Chinese).

［6］ 王鐵成，張學(xué)輝，康谷貽. 兩種混凝土異形柱框架抗震性能試驗(yàn)對(duì)比[J]. 天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，40(7)：791-798. Wang Tiecheng，Zhang Xuehui，Kang Guyi. Experimental comparison of seismic behavior of two RC frames with specially shaped columns[J]. Journal of Tianjin University，2007，40(7)：791-798(in Chinese).

［7］ 余 瓊，呂西林，陸洲導(dǎo). 框架節(jié)點(diǎn)往復(fù)荷載下的受力性能研究[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，32(10)：1376-1381. Yu Qiong，Lü Xilin，Lu Zhoudao. Research on frame′sjoint property under low frequency reversed load[J]. Journal of Tongji University，2004，32(10)：1376-1381 (in Chinese).

［8］ 刁 波，李淑春，葉英華. 往復(fù)荷載作用下混凝土異形柱結(jié)構(gòu)累積損傷分析及試驗(yàn)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2008，29(1)：57-63. Diao Bo，Li Shuchun，Ye Yinghua. Analysis and experiment of cumulated damage of RC structures with special columns under cyclic loading[J]. Journal of Building Structures，2008，29(1)：57-63(in Chinese).

［9］ 王鐵成，張學(xué)輝，趙海龍，等. 纖維增強(qiáng)異形柱邊節(jié)點(diǎn)抗震性能的試驗(yàn)研究[J]. 工業(yè)建筑，2010，40(1)：46-50，72. Wang Tiecheng，Zhang Xuehui，Zhao Hailong，et al. Experimental research on seismic behavior of exterior joints with specially shaped columns reinforced by fiber[J]. Industrial Construction，2010，40(1)：46-50，72 (in Chinese) .

［10］ Bencardino F，Rizzuti L，Spadea G，et al. Stress-strain behavior of steel fiber-reinforced concrete in compression[J]. Journal of Materials in Civil Engineering，2008，20(3)：255-263.

［11］ 徐禮華，池 寅，李榮渝，等. 鋼纖維混凝土深梁非線性有限元分析在ANSYS中的實(shí)現(xiàn)[J]. 巖土力學(xué)，2008，29(9)：2577-2582. Xu Lihua，Chi Yin，Li Rongyu，et al. Realization of ANSYS for nonlinear finite element analysis of steel fiber reinforced concrete deep beams[J]. Rock and Soil Mechanics，2008，29(9)：2577-2582(in Chinese).

［12］ 胡金生，周早生，唐德高，等. 聚丙烯纖維增強(qiáng)混凝土分離式Hopkinson壓桿壓縮試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2004，37(6)：12-15. Hu Jinsheng，Zhou Zaosheng，Tang Degao，et al. Study of SHPB compression experiment for polypropylene fiber reinforced concrete[J]. China Civil Engineering Journal，2004，37(6)：12-15(in Chinese).

Experiment Research on Seismic Behavior of Interior Joints with Specially Shaped Columns Reinforced by Fiber

WANG Tie-cheng1,2，ZHAO Hai-long1，HAO Gui-qiang1，ZHANG Xue-hui1
(1. School of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2. Tianjin Key Laboratory of Civil Engineering Structure and New Materials，Tianjin 300072，China)

Based on the experiments on the core area of interior joint with specially shaped column reinforced by polypropylene fiber, such performance indexes as failure characteristic, bearing capacity and ductility, hysteresis characteristic, rigidity degradation, energy dissipation and cumulated damage of the joints were compared between joints with polypropylene fiber reinforcement and those without. The damage model was established to estimate the cumulated damage of joints and the finite element analysis was also made. Investigation shows that, when fiber is applied to the interior joint with specially shaped column, failure characteristic is improved, cracking load effectively enhanced, and cumulated damages reduced, while energy dissipation is hardly influenced.

joint；specially shaped column；fiber；finite element

TU375

A

0493-2137(2010)12-1045-08

2009-04-17；

2010-06-22.

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50878141)．

王鐵成（1950— ），男，博士，教授，wangtiecheng@eyou.com．

趙海龍，zhaohailong@tju.edu.cn.