钢筋混凝土边节点承载力有限元分析.pdf

俞峰 ： 钢筋混凝土边节点承载力有限元分析 DO I ： 1 0 ． 1 3 9 0 5 ／ j ． c n k i ． d w j z ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 1 1 钢筋 混凝土边节点承 载力有 限元分析 俞峰 ( 天津大学建筑工程学院 。 天津3 0 0 0 7 2) 【 摘要】 运用大型通用有限元软件 A N S Y S 对钢筋混凝土边节点进行非线性有限元分析， 对试件梁端进行 单向加载。分析边节点试件的荷载位移曲线， 提取节点核心区混凝土应力云图以及模型中钢筋的应力分布图。 改变边节点试件梁内纵筋配筋率， 对 比各试件的荷载位移曲线。分析结果表明： 节点核心区混凝土由斜压杆模型 承担剪力作用 ， 随着纵筋配筋率的变化， 节点试件承载力增加。 【 关键词】 边节点 ； A N S Y S ； 荷载位移曲线； 承载力 【 中图分类号】 T U 3 7 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 J 0 3 — 0 0 2 5 — 0 2 NoNLI NE AR FDⅡTE ELEM E NT ANALYS I S ON THE S HEAR BEAR G CAPACI TY oF RC EXTE RI oR J oI NT YU Fe n g ( S c h o o l o f C i v i l E n g i ． ， T i a n j i n U n i v ． ， T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Us i n g t h e l a r g e g e n e r a l fi n i t e e l e me n t s o f t wa r e AN S YS， t h e p a p e r p r e s e n t s t h e n o n l i n e a r fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e e x t e r i o r j o i n t ， f o r o n e — w a y l o a d i n g o n t h e e n d o f t h e b e a m ． A n al y s i s o f e x t e ri o r j o i n t l o a d d i s p l a c e m e n t c u r v e o f t h e s p e c i m e n s ， w e e x t r a c t the s h e ar s t r e s s n e p ho g r a m a n d s t r e s s dr a wi n g o f t he mo de l o f r e i nfo r c e d c o n c r e t e ．c h a n g e o f t h e s t e e l r a t i o o f l o n g i t u d i n al r e i n f o r c e d b e a m， a n d c o mp a r e t h e l o a d d i s p l a c e me n t c u r v e o f the s p e c i me n s ． T h e a n a l y s i s r e s u l t s s h o w tha t t h e j o i n t c o r e c o n c r e t e s h al l b e b o r n s h e a r f o r c e b y t h e o b l i q u e c o m p r e s s i o n b ar m o d e l， w i t h t h e c h a n g e o f t h e s t e e l r a t i o o f l o n gi t u d i n al r e i n f o r c e me n t ， a l l s p e c i me n s b e a r i n g c a p a c i t y i n c r e a s e s ． Ke y wo r d s ： e x t e ri o r j o i n t ； A N S Y S ； l o a d — d i s p l a c e m e n t c u r v e ； b e a ri n g c a p a c i t y 节点指的是框架梁与柱相交的节点核心区以及 临近节点核心区的梁端与柱端。节点是梁柱的传力 枢纽， 保障结构的整体稳定性。节点核心区的作用力 为与 节点 相 连 的梁端 和柱 端 的弯 矩 、 剪 力 、 轴 力 以及 扭矩 ， 处于复杂的受力状态⋯。因而对节点承载能力 和抗震性 能的相关研究 具有重要意 义。 使用 A N S Y S软件建 立足 尺 的钢 筋混 凝 土边 节点 模型， 对边节点的受力性能进行分析， 分析节点核心 区混凝 土的受力状态 。改变梁 内纵 筋配 筋率 ， 分析其 对节 点承载力的影响 。 1 节点非线性有 限元建模 ( 1 ) 节点形式。模型为钢筋混凝土梁柱边节点 试件 ， 由节点区及与其连接的梁段与柱段形成的组合 体结构。梁截面尺寸为 2 5 0 m m 4 5 0 m m， 柱截面尺寸 为 4 0 0 m m x 4 0 0 m m， 梁 段 长 1 5 0 0 m m， 柱 长 1 8 5 0 m m。 模型为梁柱节点足尺模型 ， 与试验研究缩尺模 型相 比， 足尺模型与实际结果更为接近。为比较梁 内布置 纵筋配筋率对边节 点模 型承载能 力 的影 响 ， 更 改梁 内 外侧纵筋直径 ， 并对模型编号， 具体参数见表 1 。 表 1 节点配 筋参数 ( 2 ) 模型单元和材料本构。建立分离式模型， 混凝 土采用 S O L I D 6 5单元 ， 钢筋 采用 L I N K 8单元 l 4 ) 。 采用 C 5 0混凝土， 由试验得出， 立方体抗压强度． = 5 1 ． 6 MP a， 轴心抗压强度． =3 1 ． 6 MP a， E =3 ． 3 5 1 0 MP a。混凝土应力应变曲线采用《 混凝土结构设 计规范》 附录 C ． 2 ． 4条 计算。混凝土本构关系见图 1 。钢筋本构选用理想弹塑性模型， 不考虑钢筋材料 的强化段。模型中， 纵筋选用 H R B 4 0 0级钢筋 ， 箍筋选 用 H R B 3 0 0级 钢 筋 ， 屈 服强 度分 别为 4 0 0 、 3 0 0 M P a ， 钢 常晖 ： 截面形 式对 波形钢腹 梁 自振频率 的影 响 2 7 DO I ： 1 0 ． 1 3 9 0 5 ／ j ． c n k i ． a w j z ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 1 2 截面形式对波形钢腹梁 自振频率的影响 常晖 ， 张治成 l 浙江大学建筑与土木工程学院 。 杭州3 1 0 0 5 8) 【 摘要】 为了研究波形钢腹板截面形式对波形钢腹板箱梁动力特性的影响， 文中以 1 0 ． 1 2 5 m波形钢腹梁 为例， 建立了波形钢腹板箱梁限元分析模型， 对其进行 了模态分析， 通过对模型梁的白振频率有限元数据进行分 析对比， 研究了不同钢腹板高度、 波形疏密以及腹板数对波形钢腹箱梁 自振频率的影响， 研究结果表明： 上述因素 对波形钢腹板箱梁 自振频率有一定程度的影响， 在实际工程中可以应结合结构安全和经济效益对波形钢腹板参 数进行选择 。 【 关键词】 波形钢腹梁； 动力特性； 自振频率； 模态分析 ； 有限元 【 中图分类号】 T U 3 9 8 ． 9 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 0 3 — 0 0 2 7 — 0 3 波形钢腹板箱梁是以一种以波形钢板作为箱梁 腹板， 并采用箱 内体外预应力技术的组合结构( 如图 1 ) 。它具有 自重轻、 抗震性能好、 施工成本低等优点， 在土木结构 ， 尤其是 桥梁工 程 中得 到 了越 来越 多 的应 用 J 。法 国 的 C B( C a m p e n o n B e rna r d ) 公 司 最 早 于 1 9 7 5年提出采用波形钢腹板作为箱梁的腹板并在箱 梁内布置体外预应力筋 的方案， 并于 1 9 8 6年建成第 1 座波形钢腹板体外预应力箱梁桥——c o g n a c 桥。 图7中荷载位移曲线的对 比揭示 了随着边节点试 件梁内纵筋配筋率的提高， 试件受到的水平剪力显著 提高， 梁 内纵筋配筋率与极 限荷载近似线性关系， 经 过为数据的拟合回归， 得到关系式： Y=5 5 ． 7 x+ 6 7 ． 6。 Y为极限荷载， k N； 为梁纵筋配筋率。将公式计算结 果与模型计算结果对 比， 平均值 为 1 ． 0 0 ， 标准差 为 0 ． 0 0 7 。在梁纵筋配筋率为 1 ． 8 ％ ～ 4 ． 3 6 ％范围内， 节 点试件承载力呈线性增长。随梁内纵筋配筋率提高 ， 屈服强度明显上升， 且屈服位移逐渐变大。 3 5 0 3 0 o 2 5 O 2 0 0 1 5 0 1 o o 5 0 4结语 边节点试件的极限荷载比屈服荷载高 4 0 ％， 试件 有足够的安全储备 ； 边节点符合“ 斜压杆模型” 受力， 迄 今为止 ， 国内外学者 已对波 形钢腹 板箱 梁 的剪 切性能、 弯曲性能、 扭转性能及屈 曲性能等力学性能 进行了比较系统理论分析和试验研究 。 。近年来一 些国 内学者对 波形 钢腹 板 箱梁 的动 力性 能 也做 了相 应的研究， 文献[ 8 ] 研究了体外预应力对波形钢腹板 箱梁自振特性的影响， 并推导了理论公式 ； 文献[ 9 ] 运 用能量变分法推导了波形钢腹板箱梁解析公式， 指出 了箱梁剪力滞效应 、 波 形钢腹板 的剪切 效应 以及二 者 节点核心 区剪力 主要 由混凝 土承担 ； 梁 纵筋 配筋率 为 1 ． 8 ％ ～ 4 ． 3 6 ％范围内， 边节点试件承载力随梁内纵筋 配筋率提高线性增长。随着梁 内纵筋配筋率的提高， 边节点试件 的屈 服荷载不 断增加 ， 并 且屈 服位移 也随 之增加 。 参考文献 [ 1 ] 吴涛 ， 刘伯 权 ， 邢 国华 ．钢筋 混凝 土框架 变梁 异性 节点抗 震 [ M] ． 北京 ： 科学 出版社 ， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 陈辉． 矩形钢筋混凝土框架梁柱节点力学性能的研究[ J ] ． 工 业建筑 ， 2 0 1 3 ， S 1 ： 1 9 5—1 9 8 ． [ 3 ] 王新敏 ． A N S Y S 工程结构数值分析[ M] ． 北京： 人民交通出版 社 。 2 0 0 7 ． [ 4 ] 凌桂龙 ， 沈再 阳 ． A N S Y S结 构单 元与 材料 应用 手册 [ M] ． 北 京 ： 清华大学 出版社 ， 2 0 1 3 ． t [ 5 ] G B 5 0 0 1 0— 2 0 1 0， 混凝土结 构设计 规范 [ S ] ． [ 6 ] 傅剑平 ．钢筋混凝土框架节点抗震性能与设计方法研究 [ D] ． 重庆 ： 重庆大学 ， 2 0 0 2 ． [ 收稿 日期 ] 2 0 1 4—1 2—0 1 [ 作者简介] 俞峰( 1 9 9 1 一) ， 男， 安徽芜湖人， 硕士研究生 研究方 向： 从事钢筋混凝土异形 柱节 点研究 。 为《 褥挺