论文题目：带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点抗震性能研究
摘要：灌浆套筒连接是装配式混凝土结构竖向构件普遍应用的连接方式,然而传统预制构件因灌浆套筒装配前内置,存在灌浆施工过程不可视、灌浆质量可控性差等问题,直接影响装配式混凝土结构的安装质量和受力性能。为了实现灌浆套筒连接节点的注浆过程可视、注浆质量可控,本文提出了一种带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点。为探究带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点的抗震性能,本文设计制作了1个整体现浇、1个传统套筒连接和6个带后浇区的灌浆套筒连接柱脚节点试件,并采用自振特性测试、轴压下低周往复荷载试验与ABAQUS有限元数值模拟相结合的方法开展了研究,为带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点的工程应用及性能化设计提供关键技术支撑。本文主要研究成果如下:（1）明晰了现浇、传统套筒连接与带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点受力性能的异同。研究结果表明:带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点试件的整体性与现浇试件基本相当,传统套筒连接试件测试所得的各阶自振频率基本均低于现浇及新型柱脚节点试件;两个装配式柱脚节点较现浇试件其塑性铰、柱身开裂高度均上移约1个灌浆套筒高度,宜适当延长箍筋加密区;三种柱脚节点的刚度退化规律相同,延性系数均在3.0以上,带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点的特征点耗能能力显著优于现浇与传统套筒连接试件;三种柱脚节点的开裂位移角及极限位移角均分别大于规范限值,满足抗震设防要求。（2）探明了轴压比对带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点抗震性能的影响规律。研究结果表明:不同轴压比作用下各柱脚节点试件灌浆套筒均完好;伴随轴压比增大,柱身开裂高度上升;柱脚节点开裂、屈服及极限荷载均随轴压比增大而增大,但延性系数随轴压比的增大而降低、刚度退化进程缩短;伴随轴压比增大开裂位移角变大、极限位移角变小,最小值分别为1/479、1/35,均大于规范限值,符合“小震不坏,大震不倒”的抗震设计要求。（3）探明了带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点的尺寸效应。研究结果表明:不同截面尺寸及不同后浇材料的柱脚节点破坏模式均为弯剪破坏,塑性铰均上移至灌浆套筒顶部,灌浆套筒完好其内部钢筋未出现拔出破坏现象;随着柱身截面尺寸的增大,试件的抗侧承载力大大提高,但滞回曲线更加捏缩;在后浇区用高强度水泥基灌浆材料替代混凝土后,屈服荷载和峰值荷载分别增加9.97%和6.31%;相对标称抗弯强度和能量耗散系数随着柱身截面尺寸和后浇材料强度的增加而减小,表现出明显的尺寸效应;不同截面尺寸及不同后浇材料下柱脚节点的极限位移角均大于1/50,满足“大震不倒”的抗震设计要求。（4）建立并验证了带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点的精细化有限元分析方法。本文在低周往复荷载试验研究基础上,开展了各柱脚节点的有限元精细化计算与分析。从抗侧承载力、损伤云图、应力云图与试验结果进行了对比,模拟加载过程的强度及刚度退化进程与试验结果较为一致,模拟值与试验值峰值荷载误差平均值为-6.26%,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的有效性。所建立的模型具有较高的求解精度和可靠性,验证并提供了一种可靠的模拟方法,能为带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点的扩展分析提供关键技术支撑。（5）建立了适于带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点的双参数损伤模型。为了实现带后浇区装配柱脚节点或结构的性能化设计、震损性能评估与表征,基于ParkAng经典损伤模型通过引入位移项、能量项占比修正系数,以屈服为界修正建立了两阶段双参数损伤模型;模型不仅能很好地表征带后浇区柱脚节点的损伤劣化过程,而且物理意义明确,具有较好普适性。以试验为基础,明晰了带后浇区装配柱脚节点损伤程度、层间位移角与损伤指数之间的对应关系,按照正常使用、基本正常使用、暂时使用、修复后使用、接近严重破坏5个性能水准划分了判别标准,实现了震损性能评估与定量表征,兼具理论和实用价值。本文取得的主要创新性成果:（1）探明了轴压比、截面尺寸、后浇料对带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点抗震性能的影响,揭示了带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点的破坏机制;（2）建立了适于带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点的Park-Ang双参数损伤评价模型。
关键词：装配式混凝土结构;柱脚节点;灌浆套筒;抗震性能;损伤模型
学科专业：土木工程
中文摘要
abstract
1 前言
1.1 研究背景及意义
1.2 装配式混凝土结构钢筋灌浆套筒连接研究现状
1.2.1 灌浆连接技术概述
1.2.2 灌浆套筒连接装配式混凝土柱脚节点抗震性能研究现状
1.2.3 灌浆套筒连接装配式混凝土柱脚节点有限元分析研究现状
1.3 带后浇连接混凝土柱脚节点的抗震性能研究现状
1.4 钢筋混凝土柱脚节点震损性能评价研究进展
1.5 研究内容与技术路线
2 试验概况
2.1 后浇区预制柱榫头优化
2.1.1 柱端榫头方案设计
2.1.2 有限元模型的建立
2.1.3 榫头大小对柱脚节点抗震性能的影响
2.1.4 榫头形状对柱脚节点抗震性能的影响
2.1.5 榫头优化结论
2.2 试件设计与制作
2.2.1 试件设计
2.2.2 试件制作
2.2.3 材料性能试验
2.3 试验加载
2.3.1 加载装置
2.3.2 加载制度
2.3.3 量测方案
2.4 本章小结
3 现浇、传统套筒与带后浇区柱脚节点受力性能对比分析
3.1 动力特性对比分析
3.1.1 自振特性测试
3.1.2 测试结果提取与可靠性验证
3.1.3 自振频率对比
3.2 低周往复试验结果与对比分析
3.2.1 试验现象
3.2.2 滞回曲线
3.2.3 骨架曲线
3.2.4 承载力与变形特征值
3.2.5 承载力退化
3.2.6 刚度退化
3.2.7 能量耗散
3.3 本章小结
4 带后浇区的灌浆套筒连接柱脚节点抗震性能影响因素分析
4.1 轴压比
4.1.1 试验现象
4.1.2 滞回曲线
4.1.3 骨架曲线
4.1.4 承载力与变形特征值
4.1.5 承载力退化
4.1.6 刚度退化
4.1.7 能量耗散
4.2 柱身截面尺寸
4.2.1 试验现象
4.2.2 滞回曲线
4.2.3 骨架曲线
4.2.4 承载力与变形特征值
4.2.5 承载力退化
4.2.6 刚度退化
4.2.7 能量耗散
4.3 后浇材料
4.3.1 试验现象
4.3.2 滞回曲线
4.3.3 骨架曲线
4.3.4 承载力与变形特征值
4.3.5 承载力退化
4.3.6 刚度退化
4.3.7 能量耗散
4.4 带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点尺寸效应
4.5 本章小结
5 有限元模型验证及柱脚节点区受力性能精细化分析
5.1 有限元模型验证
5.1.1 应力云图及破坏形态对比分析
5.1.2 模拟值与试验值承载力对比分析
5.2 柱脚节点受力性能精细化分析
5.2.1 不同连接方式下节点区受力性能对比与分析
5.2.2 不同轴压比下节点区受力性能对比与分析
5.2.3 不同截面尺寸下节点区受力性能对比与分析
5.2.4 不同后浇材料节点区受力性能对比与分析
5.3 本章小结
6 带后浇区的灌浆套筒连接柱脚节点震损性能评估与表征
6.1 损伤特征
6.1.1 损伤过程与破坏特征
6.1.2 带后浇区的灌浆套筒连接混凝土柱脚节点震损评价
6.2 经典损伤模型校验
6.3 损伤模型修正与表征
6.3.1 损伤模型修正
6.3.2 基于性态的震损表征
6.4 本章小结
7 结论与展望
7.1 主要结论
7.2 研究展望
参考文献
致谢