工程背景
本模拟取三种节点形式,包括平面节点PM、空间节点KJ、空间带楼板节点KJS,进行钢筋混凝土梁柱节点抗震性能分析。
所有节点试件均取自某PKPM设计的6层框架结构。
结构搭建
有限元模型
各试件柱截面尺寸均为350mm×350mm,梁截面尺寸均为350mm×200mm,其中装配整体式构件预制梁截面为300mm×200mm,梁现浇层高80mm。
标记尺寸大小
混凝土本构采用《混凝土结构设计规范》建议的本构关系,钢材采用清华大学曲哲博士开发的PQFiber子程序中的USsteel-03。
钢筋骨架通过“嵌入”命令插入混凝土中,通过“耦合”命令将梁柱各个端面和参考点耦合在一起,这样方便边界条件的设定和荷载的施加。
三种节点均是通过梁端加载完成,上下柱端面通过铰接固定,然后在直交梁端施加相反方向的等值往复位移荷载。
混凝土采用八节点减缩积分的三维实体单元(C3D8R),网格为50mm;钢筋采用两节点三维杆单元(T3D2),网格为50mm。
平面节点结果:随着梁的配筋直径变大,柱子的拉伸损伤和柱子的混凝土塑性应变逐渐增加,更多钢筋在核心区和柱端屈服。
空间节点结果:随着梁的配筋直径变大,梁柱抗弯承载力比的增大,柱子沿着主轴45°方向空间受力,核心区和柱子的变形和损伤相比相应的平面节点来的更早更严重。
空间带楼板节点结果:随着Km增加,梁的弯曲变形减小,相应的板的损伤也减小;核心区和柱端变形加大。
节点滞回曲线分析
平面节点结果:在Km节点整体耗能能力很 好; 较小的时候,发生的是梁端弯曲变形,属于延性变形,滞回曲线很饱满,Km变大后,发生的是核心区剪切变形,属于脆性变形,滞回曲线很扁,耗能能力变差。
空间节点结果:空间节点滞回曲线饱满程度不如平面节点,因为双向受力下,即使很小的Km也有一定的核心区剪切变形。
空间带楼板节点结果:滞回曲线整体上都很扁,因为楼板加强了梁的整体抗弯强度使梁的变形减小,即使Km很小的时候也有核心区的剪切变形发生;并且Km大到一定程度后,由于都发生核心区剪切变形,控制截面不在梁上,所示此时增大Km,对节点整体承载力也不起作用。
同一种Km下,平面节点承载力要比空间节点大10%~20%;空间带楼板节点由于楼板加大了梁的整体弯曲强度,所以节点承载力得到很大提升,但是随着Km增大,提升逐渐不明显,因为此时控制截面已不在梁上。
研究柱端轴压比对梁端承载力影响,轴压比分别从0.2增大到0.6。在Km很小的时候,控制截 面在梁上,此时增大轴压比对梁端承载力影响甚微;较大的Km时,控制截面在节点核心区和柱上,增大轴压比会减轻柱子和核心区的损伤,使得节点承载力增大,耗能能力变大。