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板柱内节点竖向荷载作用下的数值模拟分析

张金鹏  
【摘要】:钢筋混凝土板柱结构具有节约层高、空间布置灵活、利于施工等优势,在实际工程中应用日益广泛。但由于没有梁的传递作用,板柱节点区的应力集中比较严重,容易发生脆性冲切破坏。因此对板柱节点竖向荷载下受力性能的研究十分必要。以往这方面的研究多集中在板柱节点冲切承载力上,对竖向荷载下变形的关注较少;2008年Muttoni首次提出了利用板柱节点荷载-转角需求曲线与能力曲线相交确定破坏点的方法,能够得到破坏时的承载力和变形。但是该方法的需求曲线是通过极限平衡理论推导出的,在推导过程中存在不合理假定;因此,需要探讨更为准确合理的荷载-变形需求曲线的求解方法。以往的板柱节点有限元分析大多采用一种有限元模型对一次试验中的数个构件进行模拟,没有对比不同分析模型的优劣;同时模拟构件数量少,缺乏不同组、大量试验构件模拟的对比分析以及有限元模型参数最优取值的详细分析。本文为了获得较为准确的荷载-位移需求曲线,应用ABAQUS实体单元模型和网格梁模型两种有限元模拟方法,对选取的有代表性的五组共56个试验构件进行了模拟分析。分别讨论了不同构件参数下有限元模型的参数取值对分析结果的影响;并结合Muttoni能力曲线确定了模拟破坏点,对比了两种有限元模拟方法的优劣。之后,应用网格梁模型对构建的一组板柱节点构件进行了参数分析。论文得到如下主要结论:(1)对于配筋率较低的构件(ρ0.8%),ABAQUS实体单元模型模拟荷载-位移曲线与试验曲线比较吻合;对于高配筋率构件,模拟的荷载-位移曲线前半段与试验曲线符合较好,但是后半段相差较大;混凝土受压损伤因子对高配筋率构件影响很大,将混凝土受压下降段的损伤因子适当调小,则高配筋率构件的模拟承载力得到有效提升,模拟效果更好。(2)基于ABAQUS广义梁截面的网格梁模型对于各种配筋率的板柱节点都可以给出良好的模拟效果;柱上梁带和其他梁带宽度均取(c+d)的A-1型网格形式模拟效果最好;对于梁屈服曲率增大系数,对低配筋率构件取2.0,对高配筋率构件取1.6能够得到良好的模拟结果。(3)参数调整后实体单元模型和网格梁模型都可以对竖向荷载作用下的板柱节点破坏行为给出较好的模拟,针对本文选取的试验构件的模拟结果而言,实体单元模拟效果稍微更好,但是差别很小;另外网格梁模型具有计算效率高、建模过程简单等优点。(4)通过参数分析发现,混凝土立方体抗压强度、冲跨比、纵筋配筋率和屈服强度都对冲切承载力和变形有较大的影响。


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