钢筋混凝土梁柱节点区非弹性变形的改进模型研究

节点区非弹性变形包括梁端纵筋黏结滑移和节点剪切变形,对钢筋混凝土梁柱组合体的弹塑性受力特征有明显影响。计算采用的节点区非弹性变形本构模型直接影响结构强震反应有限元分析结果的合理性。在纤维模型的基础上,采用在非线性梁柱单元端部附加零长度截面单元的方法,可简便、有效地模拟节点区非弹性变形。基于39个钢筋混凝土中节点和12个边节点的纵筋滑移和节点剪切角的实测数据的显著性分析及非线性拟合结果,提出了可同时考虑梁端纵筋滑移和节点剪切变形影响的σ^-s_slip-shear本构模型。以4个不同节点参数的梁柱组合体试验为例,对提出的本构模型进行了验证。结果表明：忽略节点区非弹性变形的计算结果明显高估了梁柱组合体的承载力和耗能能力;考虑节点区非弹性变形的计算方法能更准确地模拟梁柱组合体的非弹性受力特征,并能正确模拟随着节点区非弹性变形增大,构件端部的塑性变形向节点区转移的变形特征。     

加载方式对节点受剪承载力公式的影响分析

在钢筋混凝土(RC)梁柱组合体低周反复试验中,柱端加载、梁端加载是两种常用的外荷载施加方式。加载方式不同将影响梁柱节点的纵筋滑移、节点剪切变形等试验结果,对节点在试验过程中承受的最大剪力也有影响,但我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)并未依据加载方式不同区分节点抗震受剪承载力计算公式,加载方式与该计算公式的关系有待澄清。本文首先从受剪机理、节点最大作用剪力计算方法两个角度分析了加载方式的影响,然后收集大量梁柱组合体低周反复加载试验结果,在区分加载方式的基础上,将柱端加载试验、梁端加载试验的节点最大作用剪力试验结果分别与按照GB 50010-2010的节点抗震受剪承载力公式进行计算所得的结果进行比较,并考察了其统计特征值。结果表明,GB 50010-2010的节点受剪承载力公式更符合梁端加载梁柱组合体试件的节点最大作用剪力统计结果;柱端加载试件的节点剪力比值系数从总体上比梁端加载试件大15%左右。由于柱端加载的梁柱组合体的变形特征与地震下实际结构的变形规律更相符,我国规范GB 50010-2010的节点受剪承载力计算公式是偏安全的。     

钢筋混凝土中间层边节点模型化方法研究

钢筋混凝土梁柱节点区非弹性变形包括梁纵筋黏结滑移和节点核心区剪切变形,对钢筋混凝土梁柱组合体的受力性能影响较大,在有限元模型中合理地考虑节点区的这两种非弹性变形是数值计算的难点和关键。利用OpenSees结构分析平台中的梁柱节点单元,根据中间层边节点的受力特点和试验结果,通过对钢筋滑移分量和剪切块分量的计算模型、参数计算方法进行改进,提出了修正梁柱节点单元模型,并以多组试验结果为依据,校核了修正梁柱节点单元模型计算的准确性和适用性。分析结果表明：修正梁柱节点单元模型能有效模拟中间层边节点的整体受力性能和局部非弹性变形特性;改进的梁纵筋滑移模型能更合理地模拟贯穿节点梁纵筋的受力特性;改进的剪切块计算模型能准确模拟节点核心区的剪应力大小,以及两个不同加载方向的节点剪应力差异。     

考虑应变率效应钢筋混凝土梁柱节点受力性能有限元分析

受材料率敏感性的影响,钢筋混凝土构件具有率敏感效应,其刚度、承载力在不同应变率水平下均有所不同。基于试验结果,考虑应变率效应对钢筋混凝土梁柱节点受力性能的影响,通过有限元分析软件ABAQUS,采用混凝土损伤塑性模型以及考虑强化的钢筋双折线模型,进行了不同加载速率下梁柱节点受力性能的有限元分析。分析结果表明:采用混凝土损伤塑性模型,可以有效地模拟钢筋混凝土梁柱节点在快速加载情况下的应变率效应,数值分析得到的梁端荷载-位移骨架曲线以及节点组合体快速加载情况下的承载力与试验结果基本吻合;快速加载下,受混凝土和钢筋率敏感性的影响,钢筋混凝土梁柱节点组合体的承载力得到提高;在屈服荷载之前,有限元分析得到的梁柱节点组合体刚度略高于试验值。     

考虑柱底纵筋滑移的纤维模型及框架地震反应分析

基于材料本构关系的纤维模型能有效模拟柱在变轴力与双向弯矩耦合作用下的非线性反应,但常规的纤维模型分析方法忽略了纵筋滑移。在纤维模型基础上,采取在非线性梁柱单元端部附加零长度截面单元的方法以模拟杆端纵筋滑移的影响。以钢筋混凝土柱为例,将弯曲转角、滑移引起的固端转角等模拟结果分别与柱在低周反复荷载作用下的试验数据进行对比,校准了该模型化方法。考察了6层钢筋混凝土平面框架的非线性地震反应,研究了底层柱根纵筋滑移对框架整体和局部反应的影响。结果表明,模拟分析的纵筋滑移规律与柱的试验结果相符较好。底层柱根纵筋滑移有增大框架整体非线性地震反应的趋势,并将改变底层柱非线性变形的组成方式,减小其柱端塑性铰区的非线性弯曲变形。     

考虑柱脚纵筋滑移的平面框架拟静力试验数值模拟

目前对于钢筋混凝土框架的数值模拟大多没有考虑柱子底部纵筋的滑移。基于OpenSEES平台对一榀三层三跨的带有翼缘板的混凝土框架多点位移控制的低周反复加载试验进行模拟。通过在柱纤维单元下串联一个零长度截面单元来模拟底层柱脚的应变渗透现象,用bond-slip材料定义柱底纵筋的粘结滑移关系。数值模拟结果表明:考虑柱底纵筋滑移模型较不考虑柱底纵筋滑移模型与实验结果吻合更好,但是后期模拟值略小于实验值。因此,柱底纵筋应力滑移模型仍需进一步试验研究和验证。     

装配整体式混凝土框架梁柱组合体抗震性能试验研究

为研究基于GB/T 51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》改进的新型配筋构造的装配整体式混凝土框架梁柱组合体的抗震性能,进行了4个梁柱组合体试件的拟静力试验。试件的受力纵筋和箍筋均采用HRB500钢筋,且为满足易施工性的要求,试件中的预制柱采用大直径大间距纵筋,叠合梁采用大肢距组合封闭箍,后浇梁柱节点区则采用了并箍等配筋构造。研究了梁柱组合体的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性等抗震性能,并分析了各变形成分对柱顶侧移的贡献比例。结果表明：当层间侧移角为1/1800时,梁端接缝即出现开裂;组合体均发生梁端接缝受弯破坏,且破坏集中在接缝较小范围内;柱端荷载-位移滞回曲线形状均较为饱满,耗能能力较好;位移延性系数为3.04~3.91,极限侧移角为1/38~1/33,具有较好的延性;破坏时,梁端接缝滑移产生的侧移占总侧移的7%~12%,设计时需予以考虑;按梁端接缝受弯承载力确定的水平极限荷载计算值与试验值之比为0.83~0.89,仍具有一定的安全储备,但对弯剪复合受力下梁端接缝承载力的计算方法值得进一步研究;叠合梁和后浇节点区的配箍形式对试件的抗震性能及承载力影响不大,但梁腹接缝处配置附加抗剪纵筋可减小接缝滑移并提高试件的承载力。研究结果表明所采用的配筋构造能保证装配式梁柱组合体具有足够的抗震性能,可为工程应用提供参考。     

对抗震钢筋混凝土框架节点抗剪承载力计算公式的重新识别

根据国内外抗震框架节点中间层中节点的试验结果，着重论证了在梁端或柱端先行屈服的梁柱组合体中，节点的剪承载力已转变成由先屈服的梁端或柱端的纵筋配置数量和该纵筋在节点剪切破坏时民达到的屈服后应力状态来控制，并给出了这类节点抗剪承载力的正确表达式。     

梁柱节点剪切变形计算模型基本假定的校核

现有钢筋混凝土梁柱节点的剪切变形计算模型包含两个基本假定,即矩形的节点核心区发生剪切变形后变为平行四边形,以及4个角点沿矩形原对角线伸长或缩短,且对角线不转动。基于ABAQUS有限元软件,以多组钢筋混凝土梁柱组合体试验结果为依据,对有限元模型的合理性进行了校核,并在此基础上对单调加载和反复加载下钢筋混凝土中间层中节点的受力性能进行了模拟。提取了变形后节点核心区4个角点的坐标数列,根据几何关系直接计算了节点剪切变形,并将其与试验实测结果进行了对比,验证了节点剪切变形计算模型基本假定的合理性。分析结果表明,计算模型采用的平行四边形假定是合理的,但对角线不转动假定存在一定误差。节点对角线转动角度将影响梁端、柱端方向的节点剪切角的计算精度,建议对现有节点剪切变形计算公式进行修正。     

高强钢筋高强混凝土空间梁柱组合体抗震性能试验与恢复力模型研究

为研究高强钢筋高强混凝土(HRC)空间梁柱组合体的抗震性能,对8根足尺的HRC空间梁柱组合体进行了多维低周反复加载试验研究,主要设计变化参数为轴压比、并筋根数和加载规则等.研究了空间梁柱组合体的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性和耗能能力等,并基于试验建立了 HRC空间梁柱组合体的恢复力模型.试验研究结果表明:按照现行规范设计的空间梁柱组合体在空间荷载作用下均出现了节点剪切破坏;提高轴压比能够增大梁端的峰值荷载,但同时组合体的延性降低,耗能能力减弱,刚度退化加重;三种加载规则中,加载规则1(主梁端和直交梁端同步加载)下试件的破坏特征与地震作用下节点的破坏特征吻合最好,但其承载能力和延性也最差;相对于单筋布置方式,并筋布置方式的组合体延性显著降低.依据试验研究结果,建立了考虑刚度退化、强度退化和捏缩效应的三折线定点指向型恢复力模型,该模型计算结果与试验结果吻合较好,模型可为实际工程结构进行弹塑性地震反应分析提供参考.     

Fire response of exterior reinforced concrete beam-column subassemblages

Investigating the structural response of reinforced concrete beam-column sub-assemblies at elevated temperatures is the purpose of this paper. This goal was achieved by conducting the ISO-834 standard fire test on two identical one-third scaled reinforced concrete beam-column subassemblage test specimens. The test specimens, which each consisted of one reinforced concrete cantilever beam anchored at the mid-height of a reinforced concrete column, were installed together in a full scale furnace and subjected to downward and upward service loads, respectively. The fire compartment fully engulfed the cantilever beams (except the beams’ top face and the loading points), the beam-column connections and the lower columns. The fire test terminated after 74 min as soon as the tensile longitudinal steel bars of the upward-loaded cantilever beam attained the predefined critical temperature 530 °C. The lower columns exhibited partial concrete spalling and typical diagonal cracks appeared at the beam-column connections. Based on the recorded internal temperature distributions at the joint cores it was found that the material strength loss in the fire had insignificant impact on the load bearing mechanism of the joints. On the other hand, the gradual decrease in rotation capacity of the beam ends during the fire course considerably influenced the load-deflection relationship. A detailed numerical work has been carried out to simulate the response of the test specimens and will be published elsewhere.     

预制高强混凝土结构后浇整体式梁柱组合件抗震性能试验研究

采用足尺模型对比试验方法,对高强混凝土后浇整体式梁柱组合件和高强钢纤维混凝土后浇整体式梁柱组合件在低周反复荷载作用下的开裂破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性性能、强度与刚度退化特性、耗能能力、节点核心区域的剪切变形、梁端塑性铰与柱端的转动变形等进行了系统研究。结果表明:预制高强混凝土结构后浇整体式梁柱组合件与现浇高强混凝土结构梁柱组合件具有相同的抗震能力,采用高强钢纤维混凝土浇筑预制混凝土结构后浇节点,可以减小节点区域箍筋用量,改善节点承载性能。本文还给出了钢纤维混凝土节点开裂强度的简化计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

一种新型混凝土管梁柱节点受力性能分析

提出了一种新型混凝土管梁柱节点——梁筋穿心式节点,借助ABAQUS软件,建立了混凝土管梁柱节点模型以及普通混凝土梁柱节点对比模型,进行竖向加载、单向水平加载和水平低周反复加载。研究得出管柱节点比普通节点竖向承载力高17.5%,水平承载力相差不多,低周反复加载下的位移-柱端荷载滞回曲线饱满度略差。     

基于内聚力模型的FRP布加固混凝土梁柱子结构受力性能分析

FRP-混凝土界面力学性能是影响FRP加固结构承载力的重要因素。建立了可模拟FRP布加固结构黏结界面非线性软化力学行为的双线性内聚力单元,考虑混凝土与钢筋的材料非线性,进行了FRP布加固混凝土梁柱结构静力加载全过程有限元分析。分析了FRP布及黏结界面的应力变化、界面与结构破坏机制以及结构的承载力,与试验以及不考虑界面黏结滑移的有限元分析结果进行了比较,以验证方法的合理性,并提出了改进FRP环形箍布置方式。有限元分析结果表明：FRP布的拉应力、黏结界面应力与损伤变量等呈现节点区域大、跨中小的分布特点,剥离破坏随加载过程由节点域向跨中扩展,混凝土开裂后,FRP布与钢筋共同构成了悬链线机制;有限元分析所得结构破坏过程与试验的基本一致,揭示了黏结界面退化对FRP布加固混凝土结构受力性能的影响,所得各阶段最大荷载与试验结果的相对误差小于5%;不考虑黏结界面性能的退化与FRP布的剥离,则高估了悬链线阶段FRP布的贡献以及加固结构的承载力。黏结界面内聚力模型可为FRP布加固框架结构的受力性能分析提供参考。     

钢筋砼空间框架节点抗震性能的研究

本文提供了12个钢筋砼空间框架节点在双向反复荷载作用下的试验研究结果,其主要的研究参数是柱梁抗弯强度比值、约束构件尺寸(梁与板)、节点配筋、柱轴向力以及加荷过程。对节点的滞回特性和通过节点的梁筋与柱筋的滑移也进行了研究。在试验结果的基础上,提出了在地震型荷载作用下空间框架节点的设计建议,其中包括柱梁抗弯强度的最小比值、约束梁梁宽与柱宽的最小比值、节点抗剪强度的计算方法以及梁纵向钢筋在节点内的最小锚固长度。     

冷弯薄壁方钢管梁柱节点抗震性能试验研究

冷弯薄壁钢管结构房屋施工速度快,适合在抗震设防烈度高的地区及震后重建中使用。因管壁较薄,梁柱节点连接方式及其力学性能还需进一步研究。依据"强柱弱梁,强节点弱杆件"的抗震设计思想,按照控制塑性铰位置的思路,在梁端加设加腋板;依据减少反复焊接次数可降低节点脆断的性能,采用纵向梁焊接于横向梁方式减少对柱施焊次数。共开展三种类型12个节点在不同轴压比下的低周往复加载试验,探讨节点滞回耗能和承载力等力学性能,结果表明:①普通焊接节点破坏前所经历循环次数较少,节点部位焊缝及附近板件发生断裂;②加腋节点极限承载力比普通焊接节点提高很多,耗能能力也较强,破坏时加腋端梁截面局部屈曲,屈曲点位于节点核心区外;③分散焊缝连接节点所经过加载循环次数较多,屈服后累计耗能能力较强,破坏时C形钢腹板局部屈曲,节点发生延性破坏;④轴压比对普通焊接节点和加腋节点的滞回性能、承载力及刚度退化影响较大,但对分散焊缝连接节点影响较小。     

钢筋混凝土框架异型中节点抗震性能影响因素分析

通过6个钢筋混凝土框架异型中节点试件在低周反复荷载作用下的试验,分析节点核心区尺寸、轴压比等因素对异型节点抗震性能的影响。研究表明:上柱截面发生变化对异型节点抗震性能的影响不明显,当其变化量小于1/6柱高时,即Δhchbl/2时,建议按中间层边节点考虑。此外,轴压比增大对异型节点通裂阶段后组合体试件的抗震性能产生不利影响,对该类节点进行抗震设计时,建议轴压比应小于0.3。