粘钢加固混凝土框架节点的有限元分析.pdf
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1、第 4 l 卷第 1 1 期 2 0 1 0年 1 1月 V 0 1 4 1 No 1 1 NO V 2 01 0 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e Te c h n o l o g y 1 0 5 1 粘钢加 固混凝土框架节点的有限元分析 于 江 邝艳华2 ( 新疆大学建筑 工程学院 , 8 3 0 0 4 7, 鸟 鲁木齐 ) 摘要 : 通过模拟地震作用 , 对受低周循环荷裁的混凝土框架中节点做粘钢加 固前后的AN S Y S 有限元数值 模拟分析 , 并将数值模拟结果与实验数据进行对比分析 , 在验证了有限元模型正确的基础上 , 通过改变加固钢材 的厚度 ,
2、建 立了M1 , M2, M3 , M4 四个模型 , 讨论 了加 固不同厚度 柱部角钢 、 梁上钢板 、 梁柱核心区箍板对节点受 力的影响 , 以及加 固板厚对节点滞回曲线 的影响, 得出结论 。 关键词 : 混凝土框架 ; 节点; 粘钢加 固; 有限元 ; 承载力 ; 滞回曲线 中图分类号 : T U 7 5 5 ; T U 3 7 5 4 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 0 4 7 2 6 2 0 1 0) 1 1 - 1 0 5 1 0 3 F I N I T E EL E MENT AN ALY S I S OF RC F RAME S T RUCT URE S I NTE
3、 R NAL J OI NT S STRENGTHENED BY BoND G S TEEL PLATE YU Ji a n g ,KUANG Yan -h u a。 ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g , Xi n j i a n g U n i v e r s i t y ,8 3 0 0 4 7 ,U r u me h i , C h i n a ) Ab s t r a c t :Th e s i mu l a t i o n o f s e i s mi c c y c l i c l o a d i n g b y
4、 l o w c y c l e n o d e s c o n c r e t e f r a me s t r e n gth e n e d b y s t e e l p l a t e ma d e b e f o r e a n d a f t e r t h e ANS YS fin i t e e l e me n t n u me r i c a l s i mu l a t i o n a n a l y s i s , a n d s i mu l a t i o n r e s u l t s a r e c o mp a r e d wi t h t h e e x
5、p e r i me n t a l d a t a a n a l y s i s i n t h e v e r i fie d fi n i t e e l e me n t mo d e l b a s e d o n t h e rig h t ,b y c h a n g i n g t h e t h i c k n e s s o f t h e s t e e l r e i n f o r c e me n t ,t h e e s t a b l i s h me n t o f a M 1 ,M2 ,M3 ,M4 i n f o u r mo d e l s ,a d
6、e p a r t me n t o f r e i n f o r c e me n t c o l u mn a n g l e ,b e a m r e i n f o r c e me n t p l a t e ,b e a m r e i nfo r c e me n t p l a t e t o t h e h o o p j o i n t o f t h e i mp a c t a n d r e i n f o r c e me n t t h i c k n e s s o n t h e h y s t e r e t i c c u r v e s , t h e
7、 i mp a c t o f e n e r g y c o n s u mp t i o n ,u s e f u l c o n c l u s i o n s are o b t a i n e d Ke y wo r d s :R C f r a me s t r u c t u r e s ;j o i n t s ;b o n d i n g s t e e l p l a t e s t r e n g t h e n i n g ;fi n i t e e l e m e n t ; b e a r i n g c a p a c i t y ; h y s t e r e
8、t i c c u r v e s 1 粘钢加 固框架节点有限元模型建立 1 1基本 假定 ( 1 )钢筋和混凝土 、 混凝土和加 固钢板间完全固 结, 不会产生相对滑移 , 三者两两变形协调 , 通过接触 面上共用节点来实现彼此的变形协调 。 ( 2 )简支的边界条件简化为对应简支边上所有节 点 的简支 。 ( 3 )作用于柱顶及梁端的集中荷载通过施加的垫 板转化为垫板上所受的均布荷载。 1 2单元的 划分 在 建 立有限 元模型 前 ,先按实 际尺 寸建 立粘钢 加 固钢筋 混凝 土结构 几何模 型 , 再分别 进行 网格 划分 , 最 终形成粘钢加固混凝土框架节点的有限元模型。 2 粘钢
9、加固混凝土框架节点有限元求解与分析 2 1 边界条 件及 求解设 置 的确 定 根据实验 , 有限元模型中可视柱下端为固结 , 柱顶 在轴力作用下侧向刚度较大,采用铰支座限制其水平 收稿 日期: 2 0 1 0 - 0 9 1 9 作者简介 : 于江( 1 9 6 0 一) , 男 , 河南两峡人 , 教授 , 主要研究方 向为钢结构 理论研究及应用, e - _ m a i l : y u j i a n g 8 5 3 4 1 2 6 e o m 位移 , 梁端则可视为自由端。 方程求解器采用程序自选 。在保证计算精度的情 况下选择位移的无限范数 , 收敛容限设定为O 0 l 。 2 2
10、轴 力 为4 O Ok N的 粘钢 加 固混 凝 土 框 架 节点 有 限 元分 析 2 2 1 有 限元 模型 与试验 模 型的对 比 有限元模型与试验数据的对比见表1 , 根据分析可 知, 有限元模型与试验数据基本吻合。 2 2 2加 固前 应力应 变分析 该轴力对应下的有限元模型与所选混凝土框架节 表 1 有限元模型与试验模型数据对比 试验结果 有限元结果 项 目 荷载值 荷 载 误差, , k N 荷载步 , k N 子步 屈服 正 3 6 -2 5 3 6 -2 5 1 4 2 O 加 强度 反 3 1 2 5 3 6 2 5 2 8 2 1 5 8 7 固 一 极限 正 4 2 5
11、 O 4 0 3 2 3 5 8 8 目 U 强度 反 3 5 0 o 4 0 3 2 3 1 4 2 9 屈服 正 3 6 2 5 1 4 3 _ 加 强度 反 3 7 5 0 3 6 2 5 1 6 3 3 3 3 固 后 极限 正 5 2 5 O 5 2 5 0 3 2 3 O 强度 反 6 7 5 0 6 5 o o 3 4 3 3 7 1 0 5 2 建筑技术 第4 1 卷第 1 1 期 点试验 模型是 一致 的 。对 应于柱顶 施 D 4 0 0 k N的恒定 轴力。 首先选取荷裁变化1 0, 1 8 7 5, 3 1 2 5, 3 6 2 5, 4 0 k N 几个关键点作为分析
12、控制点。 由于在梁 自由端及柱 顶 加载 处 设置 了刚性 垫板 , 很好地避免了应力集中现象, 梁两端及柱顶 、 柱底的应 力、 应变始终处于较小值。 梁端荷载以弯矩和剪力的形 式传递给节点核心区及其附近 ,在柱顶轴力的共同作 用下,梁端应力应变从与柱交接处开始出现 ,沿梁纵 向 , 从 与柱端交 接处向梁 自由端应 力应变逐渐 减小 , 这 与施加于梁自由端的荷载在梁各截面产生的弯矩 、 剪 力大小变化关系是相吻合的。随着循环荷载的逐渐加 大 , 循环次数的增多, 应力应变在梁上下交替出现拉压 应力与应变, 且应力应变逐渐向梁的自由端延伸变大 , 沿梁高方向从上下底面向中间渗透 。并关于y
13、向呈反 对称关系。 柱在恒定轴力的作用下,应力应变的变化主要受 梁在循环荷载作用下对柱端产生的拉压引起 。在单次 受力状态下 , 柱在受梁挤压一侧应力应变较大, 在不断 增大的循环荷载交替作用下,柱受压区应变也交替出 现 压应变区向柱顶柱底延伸。从整个受力过程看 , 混 凝土框架节点梁端应力应变大干柱端应力应变,这一 点体现了原试验构件强柱弱梁的节点设计原则。梁端 不仅会在与柱交接的上下方对柱产生拉压应力应变 , 同样也会对梁柱交接处的节点核心区在对角线方向上 产生反复交错拉压应力 , 在单次受荷下, 拉压应力成剪 刀状作用于节点核心区,这就是为什么节点核心区经 常发生X 形破坏。 现对混凝土
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