钢梁-钢筋混凝土柱节点的抗震性能研究__集群智

发布时间：2022-10-05 10:11 热度：

摘要    采用ANSYS对3个“梁贯通式”钢梁-钢筋混凝土柱（RCS）节点在低周反复荷载作用下进行了有限元模拟计算，并在此基础上对其破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力等抗震性能进行了较为深入研究与分析。结果表明，RCS节点荷载-位移滞回曲线形状介于梭形与反“S”形之间，更接近于反“S”形，且比较饱满，其耗能能力较强和抗震性能较好；轴压比能提高节点的承载能力，但对节点的延性和耗能能力有一定不利影响，即轴压比越大，节点的延性和耗能能力越差。
　　关键词    钢筋混凝土柱；钢梁；节点；有限元分析
　　1引言
　　在20世纪80年代初期，在钢-混凝土组合结构中出现了一种新型的结构形式，即由钢筋混凝土柱(reinforcedconcretecolumn)和钢梁(steelbeam)组成的框架结构，简称RCS[1]。这种组合框架结构既有钢结构框架体系的优点，又有钢筋混凝土框架体系的优点。鉴于RCS框架结构的这种良好性能，因此，有必要对钢梁-钢筋混凝土柱框架节点的抗震性能进行研究。为了研究节点处混凝土强度、钢材强度、轴压比等对节点抗震性能的影响，本文对3个RCS节点试件进行了有限元模拟计算，并在有限元计算结果基础上对钢梁-钢筋混凝土柱节点的承载能力、延性、耗能能力等进行了探讨。
　　2计算模型及加载制度
　　参照文献[2]中节点试件的构造措施和几何尺寸，设计了3个“梁贯通式”RCS节点试件模型，分别采用了“强梁弱节点”和“弱梁强节点”两种型式。本文3个节点试件的主要构造措施包括：钢梁贯通节点、节点两侧设置面承板、在钢梁翼缘上钻孔塞焊部分柱纵筋、节点配置箍筋、节点上下柱端在一定范围内设置附加加密箍筋等。3个试件的几何尺寸：柱高为2500mm，截面尺寸为350mm350mm，钢梁截面为HN280100108。3个节点试件的编号及主要参数见表1：
　　表1各节点试件的主要参数表
　　节点试件编号    混凝土强度等级    钢强度等级    轴压比
　　    柱(上柱与下柱)    核心区    翼缘    腹板    
　　RCS1    C30    C20    Q345    Q235    0.3
　　RCS2    C30    C30    Q345    Q345    0.3
　　RCS3    C30    C30    Q345    Q345    0.5
　　计算模型：根据平面框架在地震作用下的受力情况，选取中柱梁柱在层间的反弯点之间的一部分作为构件节点的计算单元[3]，如图1所示。
　　加载制度：根据计算简图，加载时先在柱顶施加轴向压力，然后在梁端施加低周反复位移荷载。
　　
　　图1计算受力简图
　　3试件模型的建立
　　3.1材料本构模型的选用及单元类型的选取
　　材料本构模型的选取：对于钢筋混凝土中钢筋和钢梁可以看作是理想的弹塑性材料，其本构模型选用理想弹塑性本构模型，均服从Von-Mises屈服准则，采用双线性随动强化准则(BKIN)来描述其应力-应变关系曲线，其包含了包兴格效应；混凝土也采用Von-Mises屈服准则，Villiam-Warnker五参数破坏准则，用多线性等向强化准则(MISO)描述其应力-应变关系曲线，混凝土的本构模型采用我国《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）中的应力-应变曲线，如图2所示。
　　在材料单元类型选取时，钢材选用单元Solid95；混凝土采用