基于超级节点模型的框架结构地震反应分析

众多钢筋混凝土梁柱组合体试验结果表明,节点内梁纵筋黏结滑移和节点区剪切变形对组合体试件的抗震性能有明显影响,但钢筋混凝土框架结构的非线性地震反应分析一般采用刚性节点假定,在有限元模型中忽略了上述两种节点非弹性变形的影响。基于OpenSees分析平台,采用较为精细的"超级节点单元模型"模拟节点非弹性反应,以典型平面框架结构为例分别建立考虑节点非弹性变形、不考虑节点变形的有限元模型,对比两个框架有限元模型在7条地震波作用下的整体、局部反应计算结果。分析结果表明:相对于不考虑节点变形的有限元模型,考虑节点非弹性变形后框架顶点位移最大值变化不明显,层间位移角最大值略有减小;由于部分梁端非弹性变形转移到节点区,杆端出铰率、转角延性系数减小;按中国现行规范设计的8度0.2g区二级抗震框架在大震下一般不会出现节点剪切失效。     

大震下钢框架梁柱节点调和变形机制与设计方法

为了提高钢框架结构的变形能力,进而改善其抗震性能,建立了钢框架结构梁端-节点区调和变形机制,通过增加节点区的剪切变形来降低对梁端的转动需求.首先采用通用非线性有限元软件MSC.Marc建立钢框架梁柱节点的有限元模型,对已有试验进行非线性有限元分析,有限元分析结果与试验结果吻合良好.在验证了有限元模型合理性的基础上,分析了不同参数条件下,层间位移角为0.04时钢框架梁柱节点的节点区剪切变形和梁端变形的关系,发现了影响梁端和节点区变形的关键参数.在此基础上提出了梁端-节点区调和变形的简化设计方法,为钢框架梁柱节点的抗震设计提供参考.     

中等偏高剪压比抗震节点传力机理及性能试验

介绍已经完成的钢筋混凝土框架节点抗震性能试验研究系列中的7个中等偏高及较高剪压比接近足尺试件的试验结果.其中得出的主要结论有:1)按我国规范9度区抗震抗剪设计方法设计的中等偏高剪压比(Vjh/fcbjhj=0.20～0.28)框架节点具有足够的延性,其所在的组合体的非弹性耗能能力也是可以接受的;2)节点核心区水平箍筋对该区中沿2个对角线方向交替斜压的混凝土发挥了重要约束效用,且约束效应随节点区非弹性变形的增大而提高;3)轴压比增大虽对贯穿节点梁筋段的粘结及滑移发挥一定的有利作用,但在大于0.25的剪压比范围内,随着剪压比的增长,轴压比的增大所带来的减小节点发生剪切破坏时位移延性的作用将越来越显著,从而对控制节点抗震性能的这一关键指标具有越来越大的不利影响.     

爆炸移除钢筋混凝土框架柱抗倒塌性能数值模拟

基于已有的爆炸移除钢筋混凝土框架柱的实验数据,利用有限元软件AUTODYN建立了一个分离式与整体式相结合的4层2跨钢筋混凝土框架结构的三维有限元模型,并采用三阶段分析法,对爆炸移除钢筋混凝土柱的结构动力响应和破坏形态进行了数值模拟,且考虑炸药、空气与结构的流固耦合作用和应变率对材料的动态本构特性的影响.在爆炸移除短边中柱与角柱两种工况下,计算得到的柱破坏形态和梁柱节点动态位移与实验结果吻合较好,还分析了柱内纵筋对RC框架结构的动态响应的影响以及柱的破坏失效过程.计算结果表明:对发生塑性和弹性变形区域分别采用分离式和整体式建模,不仅保证了钢筋混凝土框架柱的爆破作用过程数值模拟的真实性和适用性,又大量缩短了计算时间,可为今后爆炸荷载作用下RC框架的参数影响分析和连续倒塌破坏模式控制提供参考.     

复杂形状SRC中间层端节点抗震性能试验研究

文章进行了4个原型缩尺比例为348∶100的梁中作用轴拉力的空间型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)中间层端节点组合体的低周反复加载试验,其中2个试件为矩形柱节点,2个为圆形柱节点;获得了4个空间体节点组合试件在径向及环向梁内作用轴向拉力情况下的荷载(P)-位移(Δ)滞回曲线,分析了各试件的位移延性及变形能力、耗能性能、刚度退化和承载能力退化等。结果表明:径向梁在轴向拉力及反复弯矩作用下梁柱节点组合体的破坏形式都是径向梁端的纵筋与型钢先屈服,在随后反复不断加大变形的过程中,径向梁端焊接在节点连接板上的个别钢筋以及钢筋连接板发生焊缝断裂,导致梁端发生破坏;而直至梁端完全破坏,节点区基本完好或仅出现少量细小的裂缝和局部混凝土保护层脱落,节点区域表现出了良好的抗震性能。因此,只要径向梁、各环向梁中的轴拉力(或相对轴向拉力)保持在一定水平之内,对节点区的抗震性能没有明显的不利影响。     

抗震结构节点内梁纵筋粘结滑移的模型化方法

大量试验结果表明，在罕遇地震作用下节点核心区内梁纵筋的粘结滑移是钢筋混凝土结构的一种比较常见的局部非线性反应。为了更全面、合理地评价和模拟钢筋混凝土结构的抗震性能，分析了在结构的弹塑性地震反应中，节点核心区内梁纵向受力钢筋粘结滑移量及其滞变规律的模拟方法，并分别评价了几种考虑节点核心区内纵筋粘结滑移影响的结构分析方法各自的特点，然后基于已有的试验结果，给出了节点核心区内梁纵筋的粘结滑移滞回曲线的一个模型化方法，并对该模型的相关问题进行了讨论。     

考虑多种非线性变形的RC框架单元模型

提出一种钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应分析的杆件单元模型 ,着重介绍节点滑移子单元和剪切子单元的柔度矩阵的建立过程 .该单元模型把框架结构构件 ,由分布弹塑性梁子单元、节点滑移子单元和剪切子单元等 3个在节点上串联的子单元组成 .这两个子单元模型能够分别考虑纵向钢筋在节点内的粘结滑移 ,构件关键受力区域的剪切变形随复杂加载历史的变化过程 .该法从子单元柔度矩阵的计算到单元刚度矩阵的建立过程 ,力学概念明确 ,大大简化多种变形成分和复杂加载历史下 ,构件单元刚度矩阵的建立过程 ,可应用于非线性地震反应分析     

T形柱边框架节点套筒灌浆连接抗震分析

对预制柱连接进行优化,套筒灌浆用于角纵筋连接,其余纵筋绑扎搭接,设计并制作了一个T形柱边框架梁柱节点试件。采用试验和有限元计算,研究梁柱节点在水平地震作用下破坏过程、承载力与变形、延性、刚度与耗能能力,并对轴压比参数进行计算分析。结果表明：优化后梁柱节点呈梁端受弯破坏,节点和预制柱固端未出现明显裂缝;荷载位移骨架曲线表现出较好的塑性变形能力,延性系数接近5;滞回环面积饱满,累积耗能约15 kJ,等效黏滞系数在0.04~0.24之间;随轴压比增加,节点受压损伤区域扩大,延性明显降低。后浇整体式T形柱边框架节点整体性良好,抗震性能较强,弹簧单元用于竖向预制后浇界面黏结作用的简化,数值计算结果与试验表征相符。     

再生混凝土框架边节点抗震性能试验研究

通过2榀再生混凝土框架边节点试件在低周反复荷载作用下的试验,了解了再生混凝土框架边节点核心区剪切破坏和梁端弯曲破坏形态;得到反复荷载作用下节点核心区箍筋和梁端纵筋荷载-应变滞回曲线,以及核心区箍筋应力随荷载变化规律,运用ABAQUS软件建立了节点有限元模型,采用正反向单调加载的方法近似模拟试件的受力状况,2榀试件的混凝土以及钢筋应力数值计算结果与试验实测结果吻合较好,梁端极限荷载计算值与试验值相差在1.3％～10.3％之间.     

影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素

近年来,随着抗震理论的深入发展,在钢筋混凝土框架结构的延性设计上,＂强剪弱弯,弱梁强柱,更强节点＂已经成为工程界的共识这种＂能力设计＂的思路确保钢筋混凝土结构在地震作用下,依次在梁端和柱端出现塑性铰,通过塑性耗能机构避免在较强的地震作用下结构产生严重损伤和在更强地震作用下发生危及生命安全的局部或整体失效。而钢筋混凝土框架节点在结构达到预计的最不利非弹性反应之前不应出现剪切失效。     

考虑节点变形的RC框架梁单元模型

现有结构弹塑性分析软件大部分都是假定钢筋混凝土框架节点完全刚性,不发生任何损伤和破坏.但对于某些工程而言,当遭遇中震或大震时,节点处梁筋的粘结滑移及节点开裂或破坏就变得在所难免,这就不符合节点刚性的假定.本文根据已有的实验结果和结构理论分析了相应的节点变形,最后探索性地提出了一种考虑节点变形的RC杆件单元模型概念,以供在混凝土框架结构弹塑性地震反应分析中参考.     

稳健设计在梁柱外节点抗剪强度分析中的应用

介绍了稳健设计法的基本内容、一般步骤及其在梁柱外节点抗剪强度分析中的应用，引入信噪比。用软化桁架模型分析地震作用下钢筋混凝土梁柱外节点抗剪强度，并用稳健设计对影响钢筋混凝土梁柱外节点抗剪强度的因素进行分析，得出了各种影响因素的重要程度，其中竖向箍筋强度对外节点扰剪强度影响最为明显，混凝土标准抗压强度和水平箍筋屈服强度次之。为以后设计和施工提供了理论依据。     

预应力框架节点的试验研究

预应力框架节点是一种新型节点。通过8个梁柱组合体试件在低周反复荷载下的试验,考察了预应力对节点强度、刚度和能量耗散能力的影响,研究了梁筋在节点的粘结滑移问题。根据试验结果,提出了设计建议。     

钢纤维增强高强钢筋混凝土梁柱节点抗震性能试验研究

为研究配置HRB600高强钢筋钢纤维整体增强混凝土梁柱节点的抗震性能和核心区受剪承载力,进行10个梁柱节点的拟静力试验,研究轴压比、剪压比、配箍率、混凝土种类和钢纤维混凝土的增强范围等对配置HRB600钢筋混凝土梁柱节点抗震性能指标的影响.结果表明:钢纤维整体/局部增强的HRB600钢筋混凝土梁柱节点的滞回曲线更饱满,刚度退化速率更慢,耗能更高.钢纤维混凝土能够显著改善试件的破坏形态,减轻节点的累积损伤.采用《建筑抗震设计规范》计算HRB600高强钢筋钢纤维混凝土梁柱节点的受剪承载力时,对于配箍率较低的节点较为保守,对于配箍率较高的节点的计算结果更接近于试验值.美国ACI 352—02规范比中国《建筑抗震设计规范》的受剪承载力计算值的安全储备高.     

摩擦软钢节点阻尼器抗震及抗倒塌性能

依据传统钢梁柱节点提出了新型摩擦软钢双重耗能节点阻尼器,该阻尼器能够将中屈服点软钢屈服耗能和钢板摩擦耗能相结合进而提高节点的抗震及抗倒塌性能.为提高计算效率采用多尺度建模方法进行有限元建模,节点核心区采用精细化建模方式,非节点核心区梁柱部分采用非线性梁单元,针对梁柱钢节点及其平面框架结构进行抗震性能分析.结果表明:在梁柱节点增设节点阻尼器可有效提高梁柱节点的承载力和耗能能力,并吸收外部输入能量,降低结构构件的破坏水平.同时,基于抽柱法将该新型节点应用于平面钢框架结构的静力Pushdown分析和非线性动力时程分析,分析结果表明:在增设该阻尼器后,可以有效降低构件失效点位移,进而提高结构的抗倒塌性能.     

带楼板空间夹心节点抗震性能

梁柱节点是钢筋混凝土框架结构抗震的薄弱环节。为研究其抗震性能,通过MARC有限元软件对带楼板空间夹心节点进行数值模拟分析。研究了不同梁柱混凝土强度等级差、不同剪压比对夹心节点抗震性能的影响,通过对核心区采取加撑角钢的方式探究此种改进措施的可行性。结果表明:夹心节点梁柱强度差超过4个等级时,需采取相应的加强措施;在一定轴压比下,剪压比的增大对夹心节点的抗震是不利的;加撑角钢的约束对空间夹心节点的裂缝和变形有明显的抑制作用,抗震性能有明显的改善。     

梁端塑性铰外移的型钢混凝土节点的抗震性能

通过对两个足尺节点试件的低周反复荷载试验,研究了梁端塑性铰外移的型钢混凝土节点的抗震性能.试件按“强节点”原则进行设计,对节点核心区附近梁端工字形型钢的上、下翼缘采取狗骨式削弱,并适当增加梁端根部到型钢翼缘最大削弱部位的纵向钢筋的配筋量.试验结果表明:两个节点试件的位移延性系数在5.27以上,均符合抗震设计的延性要求;在最大荷载时,两个试件的等效粘滞阻尼系数均超过0.30,耗能能力强.理论分析表明:在型钢混凝土节点中采用塑性铰外移的构造措施,不仅能够降低节点核心区所受的剪力以及梁柱连接焊缝的应力,而且能够增强节点试件在塑性铰区的转动能力和抗剪性能,从而提高节点的延性和耗能能力.     

钢管混凝土梁柱节点受剪承载力计算模型分析

为了研究钢管混凝土梁柱节点受剪承载力,对钢管混凝土梁柱节点的剪切破坏机理进行了深入的讨论,分别对核心区混凝土、钢管以及加强环对节点的抗剪贡献进行了分析,提出了考虑轴压力、柱端弯矩、梁端竖向剪力等因素的梁柱节点受剪承载力计算模型,通过实例验证了公式的合理性。