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第38卷第11期2017年11月
建筑结构学报Journal of Building Structures
Vol.38 No.11 Nov.2017
010
文章编号：1000-6869(2017)11-0082-11
D0I:10.14006/i.jzigxb.2017.11.010
钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤特性及其计算方法
高丹盈12，尤培波，史科13
(1.郑州大学土木工程学院，河南郑州450001；2.河南工程学院土木工程学院，河南郑州451191；
3.郑州航空工业管理学院土木建筑工程学院，河南郑州450001)
摘要：基于低周反复加载试验结果，研究钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤演化特性。将变形与累积能量耗散指标相结合
建立反复荷载作用下钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤的计算模型，分析影响钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤的因素。结
果表明：核心区钢纤维体积率、配箍率和轴压比是影响钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤性能的主要因素：在相同的加载次
数下，随钢纤维体积率、配箍率和轴压比的增大，梁柱节点损伤有所减小：其他影响因素相同的条件下，钢纤维体积率为
1.0%和1.5%梁柱节点损伤曲线在破坏时的斜率较钢纤维体积率为0.5%的梁柱节点分别减小了21.6%和34.7%：配箍
率为0.6%和1.2%的梁柱节点损伤曲线在破坏时的斜率较配箍率为0的梁柱节点分别减小了36.9%和59.4%：轴压比为
0.3和0.4的梁柱节点损伤曲线在破坏时的斜率较轴压比为0.2的梁柱节点分别减小了12.5%和17.1%：所建立的反复荷
载作用下钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤计算模型，能够较好反映梁柱节点损伤演化的特点，可用于描述此类节点的损伤
演化过程。
关键词：梁柱节点：钢纤维混凝土：反复加载：损伤模型：损伤特性
中图分类号：TU317.103
文献标志码：A
Damage property and its calculation method of steel fiber
reinforced concrete beam-column joints
GAO Danying'2,YOU Peibo',SHI Ke.3
(1.School of Civil Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China;
2.College of Civil Engineering,Henan University of Engineering,Zhengzhou 451191,China;
3.School of Civil Engineering,Zhengzhou University of Aeronautics,Zhengzhou 450001,China)
Abstract:Damage evolution characteristics of steel fiber reinforced concrete (SFRC)beam-column joints with
reinforcements were analyzed based on the low cycle reversed loading experimental results.A calculating model for
damage property of SFRC beam-column joints with reinforcements under cyclic load was established based on the
simultaneous usage of the indexes of the deformation and cumulated energy dissipation,and the major effective factors
on damage property of SFRC beam-column joints with reinforcements were analyzed.The results show that the steel
fiber volumetric ratio,stirrup ratio and axial compression ratio are the major effective factors on damage property of
SFRC beam-column joints with reinforcements.Under the same loading cycle numbers,the damage of the beam-
column joints decreases as the steel fiber volumetric ratio,stirrup ratio and axial compression ratio grow.As all the
other experiment parameters are fixed for the beam-column joints,compared with the steel fiber volumetric ratio of
0.5%,when the steel fiber volumetric ratios are 1.0%and 1.5%,the slope of damage curves at the failure point
decreases 21.6%and 34.7%,respectively.Compared with the beam-column joint without stirrup,when the stirrup
ratios are 0.6%and 1.2%,the slope of damage curves at the failure point decreases 36.9%and 59.4%,
respectively.And compared with the beam-column joint with the axial compression ratio of 0.2,when the axial
compression ratios are 0.3 and 0.4,the slope of damage curves at the failure point decreases 12.5%and 17.1%,
respectively.The proposed model can reasonably represent the damage evolution characteristics and describe the
damage evolution process of beam-column joints.
Keywords:beam-column joint;steel fiber reinforced concrete;reversed loading;damage model;damage property
基金项目：国家自然科学基金项目(50678159)。
作者简介：高丹盈(1962一)，男，河南三门峡人，工学博士，教授。E-mail:gy@zzu.edu.cn
收稿日期：2016年1月
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心区剪切破坏和梁端弯曲破坏。对于梁柱节点核心
0
引言
区配箍率或钢纤维体积率较小的试件，发生核心区
剪切破坏，其损伤过程及特征主要为：加载初期，梁
地震作用下与框架梁、柱相比，节点承担更多的
端出现垂直细小裂缝，而核心区混凝土未开裂，梁柱
剪力川，是框架结构易破损的部位。钢纤维混凝土
节点处于弹性阶段，其承载力和刚度的退化以及核
具有优良的受弯、受剪和高韧性等特性，在配筋密集
心区箍筋的应变均较小，梁柱节点损伤较小；随荷载
的梁柱节点中采用钢纤维混凝土可提高其抗震性
及循环次数的增加，梁柱节点核心区中部沿近似对
能，有效改善配筋拥挤的状况。因此，有必要深入研
角线方向出现初始斜裂缝，宽度约为0.02mm。继续
究反复荷载作用下钢筋钢纤维混凝土梁柱节点损伤
加载，斜裂缝向两对角方向扩展，逐渐形成双向交叉
演化特性及其计算方法。
斜裂缝，梁端裂缝发展缓慢。梁端荷载-位移曲线出
目前，国内外学者对钢筋混凝土构件地震损伤
现明显拐点，试件屈服，梁柱节点承载力和刚度的退
性能进行了较多的研究，建立了相关的计算模型，这
化以及核心区箍筋的应变逐渐增大，梁柱节点损伤
些模型主要分为单参数地震模型241和双参数地震
逐渐增大并稳定发展：破坏时，梁柱节点核心区出现
模型s9,其中应用较广的是Pak-Ang模型s。该模
贯通的交叉主斜裂缝和许多细小的斜向平行裂缝，
型是基于大量钢筋混凝土梁柱等构件的试验结果而
核心区箍筋大多屈服，混凝土保护层局部剥落，而梁
建立的损伤计算模型，通过试验数据的回归分析，给
端裂缝较小且发展趋于稳定，损伤主要集中在梁柱
出了钢筋混凝土构件剪切破坏和弯曲破坏时的组合
节点核心区。
参数值。
对于核心区配箍率及钢纤维体积率较大的梁柱
采用相对变形和累积能量双参数形式建立的
节点试件，发生梁端弯曲破坏，其损伤过程及特点主
Park-Ang模型，能够综合反映钢筋混凝土构件在地
要为：加载初期，在梁端距柱边较近范围内出现细小
震作用下的首次超越破坏和累积损伤破坏。但仍存
的垂直裂缝，核心区混凝土未开裂，梁端纵筋和箍筋
在以下不足6：1)变形和能量的简单线性叠加并不
应变均较小，梁柱节点损伤较小：随荷载及循环次数
准确，当位移延性系数较小时，计算精度较差；2)未
的增加，梁端纵向钢筋屈服，垂直裂缝扩展的同时出
考虑加载路径影响，尤其是未能体现同一位移幅值
现了许多斜裂缝，最终梁端裂缝贯通并形成塑性铰，
多次循环加载下构件的损伤：3)组合参数值计算复
而核心区裂缝发展缓慢，梁柱节点承载力和刚度的
杂，且离散性较大。为此，本文中基于低周反复循环
退化逐渐增大；破坏时，梁端混凝土保护层出现剥落
加载试验结果，研究钢筋钢纤维混凝土梁柱节点的
现象，距柱边60mm处形成垂直裂缝，核心区仅出现
损伤演化特性；采用Pak-Ang模型的变形和累积能
轻微裂缝，损伤主要集中在梁端区域。
量耗散指标，建立能够反映钢筋钢纤维混凝土梁柱
综上，发生剪切破坏和梁端弯曲破坏的梁柱节
节点损伤演化过程的计算模型。利用试验结果验证
点，其损伤过程基本为混凝土开裂、纵筋屈服、达到
模型的有效性，并进一步分析影响钢筋钢纤维混凝
承载能力极限状态以及最终破坏等。混凝土开裂
土梁柱节点损伤性能的因素。
前，梁柱节点损伤很小，可忽略；从混凝土开裂至纵
筋屈服，梁柱节点的裂缝数量和宽度逐渐增加，见图
1
低周反复荷载作用下梁柱节点损
1a;从纵筋屈服至承载能力极限状态，梁柱节点的损
伤特性
伤稳定增长，其承载力和刚度退化，核心区箍筋应变
逐渐增大，见图1b:从承载能力极限状态至破坏，混
为了研究低周反复荷载作用下钢筋钢纤维混凝
凝土裂缝逐渐贯通，箍筋大多屈服，梁柱节点的损伤
土梁柱节点损伤演化过程，文献[10]中进行了7个
急剧增长，承载力逐渐丧失，见图1c。
钢筋钢纤维混凝土梁柱节点和1个钢筋混凝土梁柱
节点的低周反复加载试验，研究节点核心区配箍率
钢纤维体积率和柱端轴压比n,对节点抗震性能的影
响。试验采用荷载-位移混合控制的加载制度对梁端
实施反对称循环加载。梁柱节点试件的尺寸和配
筋、加载和量测等见文献[10]。
(a)损伤开始
1.1梁柱节点损伤演化过程及特征
(b)损伤稳定增长(c)损伤急剧增长
文献[10]中的试验表明，随梁柱节点核心区配
图1梁柱节点损伤演化过程
Fig.I Damage evolvement process of beam-column joints
箍率和钢纤维体积率的变化，梁柱节点主要呈现核
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