基于ABAQUS的平面RC框架节点单元的开发和应用

【摘要】：钢筋混凝土框架结构中的梁柱节点是整个结构中最复杂的传力枢纽,在过去的几十年里,已经有众多学者对节点的传力机制做了大量研究和探讨,在数值仿真上也相继出现了不同的节点模型,对节点的有限元模拟也不断精确,这使得在对整体框架进行结构分析时考虑节点的影响成为可能。在这些节点模型中,Lowes和Mitra提出的超级单元较为准确高效,但是模型中的剪切块定参方法较为复杂,并且不同学者用于定参的方法也不全相同,这在一定程度上限制了节点模型的广泛应用。为此,本文在原有超级单元的基础上,基于平面8节点单元,提出了一个新的RC框架梁柱节点单元,从一定程度上解决了原模型使用时定参困难的问题,并且将该模型用于整榀框架分析时无需针对不同的节点进行单独定参,相对更为高效。具体来讲,本文主要的工作如下:(1)详细地介绍了目前的各种节点单元模型,并确定了以超级单元为基础进行新单元的开发;(2)主要从新单元的构成,平衡关系,物理关系,节点抗力等几个方面做了推导。相对课题组原先提出的节点单元,新单元可以考虑梁柱和节点间因混凝土开裂导致的剪切刚度和强度的降低,同时本文单元计算过程的数据是闭合的,无需依赖梁柱的长度即可进行运算。因此,本文单元有更好和更稳定的数值表现。(3)以ABAQUS作为分析平台,介绍了节点单元在该平台上的二次开发,并选取了2011年清华大学钢筋混凝土结构拟静力试验作为模拟对象,将几种不同的数值模型的结果和试验结果对比,讨论了ABAQUS的建模方法和钢筋混凝土本构模型的选取对模拟精度的影响,并对本文单元的有效性做了简单验证。同时通过对两榀框架的模拟,研究了节点损伤对整体框架精细分析的具体影响。(4)选取了广泛的梁柱节点试验对本文所建立的单元进行了大量的模拟验证。从模拟结果上看,本文提出的节点单元是有效并具有一定适用性的,对各种不同截面形式和配筋的边节点、中间节点都能很好地做出预测,特别是对节点在低周往复荷载下的滞回耗能描述得较为准确;但同时有些案例也指出本文单元在应用时存在一定的局限性,主要体现在对低配箍率的节点预测不太准确,本文对这种例外情况也做出了分析和解释。