導(dǎo)語(yǔ)：混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)抗震性能分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀(guān)點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要：運(yùn)用ABAQUS軟件對(duì)型鋼再生粗骨料混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，當(dāng)粗骨料取代率為100%時(shí)，分別研究在不同軸壓比和不同核心區(qū)體積配箍率下框架邊節(jié)點(diǎn)的抗震性能。在建立骨架曲線(xiàn)基礎(chǔ)上的分析數(shù)據(jù)及結(jié)果表明:軸壓比與核心區(qū)的體積配筋率對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能有很大影響。

關(guān)鍵詞：型鋼再生粗骨料混凝土；框架邊節(jié)點(diǎn)；有限元分析；抗震性能

當(dāng)今社會(huì)越來(lái)越注重綠色建筑理念，為貫徹可持續(xù)發(fā)展，許多國(guó)內(nèi)的研究者致力于對(duì)再生混凝土的材料性能進(jìn)行研究，但對(duì)于再生混凝土還有許多需要我們?nèi)ヌ骄康牡胤?。型鋼混凝土結(jié)構(gòu)承載能力較好，并且延性比普通混凝土結(jié)構(gòu)高，在耐久性、耐火性方面更勝一籌，所以頻繁的被應(yīng)用于高層，甚至超高層建筑中。在我國(guó)乃至世界，混凝土都是用量最大的建筑材料，在建筑行業(yè)的快速發(fā)展下，充分利用廢棄材料，在建筑施工時(shí)使用型鋼再生混凝土[1]，不僅可以節(jié)省資源，而且符合綠色建筑理念。在科技與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展下，對(duì)問(wèn)題的探究不再拘泥于傳統(tǒng)的試驗(yàn)，我們可以通過(guò)運(yùn)用有限元軟件建立模型進(jìn)行模擬分析。這樣不僅節(jié)省材料，還可以節(jié)省許多時(shí)間。本文主要通過(guò)ABAQUS[2]有限元軟件分析，研究再生粗骨料取代率為100%的型鋼再生混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)，在不同軸壓比下、不同核心區(qū)體積配箍率下的抗震性能。

1型鋼再生混凝土有限元模型

運(yùn)用ABAQUS軟件建立的型鋼混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)有限元模型如圖1所示。1.1再生混凝土本構(gòu)關(guān)系。借鑒過(guò)鎮(zhèn)海[3]和肖建莊[4]混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)，算出在不同軸壓比和不同核心區(qū)體積配筋率下的抗拉、抗壓強(qiáng)度。（1）再生混凝土的單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)y=ax+（3-2a）x2+（a-2）x3x≤1y=x/［b（x-1）2+x］x＞1式中、，其中εc是再生混凝土峰值應(yīng)變；fc是再生混凝土抗壓強(qiáng)度，N/mm2；a、b的取值與粗骨料取代率r（%）有關(guān)，關(guān)系為：a=2.2×（0.748r2-1.23r+0.975）；b=0.8×（7.6483r+1.142）。（2）再生混凝土的單軸受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)y=dx-（d-1）x6x≤1y=x/［αt（x-1）1.7+x］x＞1式中，d是受拉初始彈性模量/峰值割線(xiàn)模量。根據(jù)文獻(xiàn)中試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知：再生混凝土抗拉強(qiáng)度越大，參數(shù)αt越大，可按照經(jīng)驗(yàn)公式：αt=0.312ft2計(jì)算，ft為混凝土抗拉強(qiáng)度，N/mm2。1.2型鋼及鋼筋本構(gòu)關(guān)系模型?；谘芯拷Y(jié)構(gòu)受力機(jī)理分析，運(yùn)用鋼筋彈性-強(qiáng)化模型（如圖2所示）。應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€(xiàn)方程為：бs=Es×εsεs≤εyEs=fy+E's（εs-εy）εs＞εy式中，Es為oa段的斜率，即為彈性段的彈性模量，MPa；E's為ab段的斜率，即為強(qiáng)化段的彈性模量，MPa；fy為材料的屈服強(qiáng)度，MPa；εy為材料的屈服應(yīng)變，。1.3相互作用。在試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)盡量接近現(xiàn)實(shí)中的相互作用，而現(xiàn)實(shí)中各材料之間相互作用存在著滑移現(xiàn)象。但考慮到試驗(yàn)的效率以及最初試驗(yàn)?zāi)康氖菫榉奖銓W(xué)者借鑒，試驗(yàn)將材料之間的滑移現(xiàn)象進(jìn)行忽略，將型鋼、鋼筋與再生混凝土的關(guān)系用嵌入來(lái)定義，其節(jié)點(diǎn)相互作用關(guān)系如圖3所示。1.4節(jié)點(diǎn)有限元模型邊界條件及加載方式。柱頂柱底可在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，柱頂可有軸向位移（即柱底U1=U2=U3=0，UR1=UR3=0，柱頂U(kuò)1=U2=0，UR1=UR3=0）。在柱底、頂、梁端設(shè)置3個(gè)受力點(diǎn)，分別為RP-1、RP-2、RP-3，其中RP-1施加柱的軸力，RP-3以位移控制加載豎向力以實(shí)現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生水平荷載。

2滯回性能分析

2.1滯回曲線(xiàn)。滯回曲線(xiàn)是指在反復(fù)作用下結(jié)構(gòu)的荷載變形曲線(xiàn)，可以通過(guò)曲線(xiàn)觀(guān)察出構(gòu)件的抗震性能。在試驗(yàn)?zāi)M分析過(guò)程中，根據(jù)不同軸壓比和不同核心區(qū)體積配筋率進(jìn)行研究。（1）軸壓比。當(dāng)再生粗骨料取代率相同，核心區(qū)體積配箍率為0.7％時(shí)，選擇軸壓比為0.35、0.45、0.55，得到在不同軸壓比下的滯回曲線(xiàn)如圖4所示。根據(jù)圖4分析可知，軸壓比從0.35增加到0.55的過(guò)程中，受力變形更快的達(dá)到極限，故構(gòu)件的延性降低，耗能也在降低。（2）核心區(qū)體積配箍率。當(dāng)再生粗骨料取代率相同，軸壓比為0.35時(shí)，對(duì)核心區(qū)體積配箍率分別為0.7％與1％進(jìn)行研究，得到滯回曲線(xiàn)如圖5所示。根據(jù)圖5分析可知，核心區(qū)體積配箍率從0.7％增加到1％的過(guò)程中，提高了構(gòu)件的承載能力，箍筋的增加增大了對(duì)混凝土的約束，減緩了構(gòu)件的變形，延性在增加，耗能也在增加。2.2骨架曲線(xiàn)。骨架曲線(xiàn)為滯回曲線(xiàn)的外包絡(luò)線(xiàn)。（1）軸壓比。當(dāng)再生粗骨料取代率與核心區(qū)體積配筋率恒定，依照?qǐng)D4軸壓比為0.35、0.45、0.55的滯回曲線(xiàn)，得到骨架曲線(xiàn)如圖6所示。由圖6可知，軸壓比從0.35增加到0.55時(shí)，骨架曲線(xiàn)的下降段下降越來(lái)越迅速，峰值有小幅度降低，從骨架曲線(xiàn)可以更明顯地看出軸向壓力越大，水平地震作用產(chǎn)生的變形越大。（2）核心區(qū)體積配箍率?？刂圃偕止橇先〈什蛔兗拜S壓比為0.35，核心區(qū)體積配箍率為0.7％與1％的滯回曲線(xiàn)及數(shù)據(jù)，得到骨架曲線(xiàn)如圖7所示。由圖7可知，隨著體積配箍率的增加，箍筋對(duì)核心區(qū)混凝土的約束作用越來(lái)越強(qiáng)，防止核心區(qū)變形，說(shuō)明增加體積配筋率，構(gòu)件的性能有了很大改善。延性系數(shù)μ可以反映出構(gòu)件的變形能力，也是評(píng)價(jià)抗震的重要指標(biāo)，其式為：μ=Δu/Δy式中Δu為試件極限變形，Δy為初始屈服變形。通過(guò)上述模擬得到的滯回曲線(xiàn)，試件的極限位移選取的是峰值荷載0.85倍的最大值，由于不能確定屈服點(diǎn)，所以選用R.Park[5]等效位移確定方法。依照?qǐng)D6、圖7骨架曲線(xiàn)，可以看到在低周反復(fù)地震荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件力與變形的變化，并結(jié)合R.Park法，進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)，得到結(jié)構(gòu)的變形參數(shù)和延性系數(shù)，見(jiàn)表1。由表1中數(shù)據(jù)可以看出，（1）隨著型鋼再生混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)軸壓比的增加，構(gòu)件的延性逐漸降低，表明軸壓比對(duì)邊節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性影響較大。（2）在核心體積配箍率增加的條件下，可以提高型鋼再生混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性。分析結(jié)果表明，可以適當(dāng)?shù)脑黾雍诵捏w積配筋率，這樣可以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性。2.3耗能能力分析。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耗能能力根據(jù)荷載在滯回曲線(xiàn)中表示為滯回環(huán)的面積（如圖8、圖9所示）。根據(jù)美國(guó)學(xué)者Jirsa提出的功比指數(shù)Iw的計(jì)算公式進(jìn)行不同條件下功比指數(shù)的計(jì)算，計(jì)算公式見(jiàn)下式，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。式中：Pi表示第i次循環(huán)的荷載，N；Δi表示第i次循環(huán)荷載的變形，mm；Py表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件的峰值荷載，N；Δy表示結(jié)構(gòu)構(gòu)件的峰值變形，mm。由圖8、圖9及表2可以看出，隨著的軸壓比的提高，圖形面積越來(lái)越小，而表2中隨著軸壓比的增加耗能越來(lái)越少。原因是在反復(fù)加載下，高軸壓比下的邊節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件容易失去承載能力。而核心區(qū)配箍率升高，面積越來(lái)越大，表2中數(shù)據(jù)也在增大，表明結(jié)構(gòu)添加較多的箍筋，變形能力會(huì)有所改善。

（1）軸壓比從0.35升高到0.55時(shí)，型鋼再生混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)的抗震性能稍有降低，在延性、剛度方面明顯降低，耗能也在降低。（2）當(dāng)核心區(qū)體積配筋率從0.7%增加到1%時(shí)，構(gòu)件承載和耗能的能力都有所改善，延性也在增加，抗震性能也在逐漸提高。

參考文獻(xiàn)：

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[5]ASELNASHAI,BMBRODERICK,PJDOWLING.Earthquake-resistantcompositesteel/concretestructure.TheStructuralEngineer,1995,73(8):121-132.

作者:郭靳時(shí) 趙崢 董昆鵬 單位:吉林建筑大學(xué)