轴压比对节点受力性能影响的有限元分析

分类：建筑工程论文发表 时间：2012-05-18 09:39 关注：(1)

　　摘要：本文运用ABAQUS有限元程序对钢筋混凝土框架梁柱节点进行模拟分析。模型中钢筋采用理想弹塑性模型，混凝土采用损伤塑性模型。文中通过对不同轴压比的节点进行模拟分析，讨论了轴压比对节点受力性能的影响。

　　关键词：梁柱节点、理想弹塑性、损伤塑性、轴压比、受力性能。

　　1、钢筋混凝土材料的本构模型简介

　　1.1钢筋的本构模型

　　钢筋采用理想图塑性模型，如图1-1所示

　　图1-1

　　1.2 混凝土的本构模型

　　1.2.1 单轴拉伸和压缩荷载作用

　　该模型为连续、基于塑性，损伤的混凝土模型。对于混凝土,它假定两个主要失效机制即拉伸开裂破坏和压缩破碎破坏。屈服(或破坏)面有两个硬化变量(hardening variable)表示：拉伸等效塑性应变 和压缩等效塑性应变 。该模型假定混凝土的单轴拉伸和压缩性状由损伤塑性描述，如下图所示

　　1.2.2单轴循环荷载作用

　　周期荷载作用下，损伤力学性状很复杂，这涉及先期形成的张开和闭合，以及它们的相互作用。试验表明，在单轴循环荷载作用下，荷载改变方向后，弹性刚度将得到部分恢复。当荷载由拉伸变为压缩时，这种效应更加明显。损伤塑性模型假定损伤后弹性模量可表示为无损弹性模量与损伤因子d的关系式即

　　其控制着反向和子啊拉伸和压缩刚度的恢复。下图给出了荷载从拉伸到压缩过程中权重变化的情况。

 

　　

2、分析模型参数表：如下表2-1

　　表2-1 模型尺寸及配筋

　　3、ABAQUS有限元分析结果

　　3.1 不同轴压比节点的压缩损伤云图：

　　　　轴压比在0.05~0.6之间，节点核心区的压缩损伤随着轴压比的增大而减小，轴压比在0.6~0.9之间，节点核心区的压缩损伤随着轴压比的增大而增大。

　　3.2 不同轴压比下节点核心区主应变的变化如下图：

　　　从图中可以看出，轴压比从0.05到0.9的变化过程中，节点核心区的主压应变变化趋势是：在0.05到0.6变化时，核心区主压应变是随着轴压比的增大而减小。在0.6到0.9过程中，核心区主压应变随着轴压比的增大而增大。节点核心区混凝土的承载力是由核心区斜压杆的宽度决定的，斜压杆的水平分力即混凝土对节点混凝土抗剪的贡献能力，轴压比增大，节点核心区受压范围增大，因此斜压杆的宽度也增大，因此节点的承载力也增大。可见轴压比在一定范围内对节点的抗剪是是有利的，但是当轴压比超过一定值之后，使得混凝土被压碎，这个时候轴向压力对混凝土的约束作用对于产生的不利影响来说是微不足道的,因此此时抗剪强度反而降低。

　　结论：

　　由J-1和J-4破坏时的压缩损伤云图可以看到，J-1节点破坏主要是节点核心区的混凝土被压碎引起的破坏，而J-4节点的破坏是在梁端的混凝土被压碎造成的。轴压比增大不仅能提高节点核心区的抗裂度，而且可以提高节点的抗剪强度。:随着轴压比的增加，不仅能提高核心通裂阶段的抗剪强度而且能提高破坏时的极限抗剪强度。当柱子上有轴压力的作用时，在混凝土开裂以前，将使得柱截面受压区面积加大，斜压杆作用加强,即使在混凝土出现裂缝的情况下，轴压力也可以增大混凝土块体之间形成的咬合力。因此,轴压比增大，节点抗剪强度也相应增大。但是当轴压比超过某一临界值的时候,即轴向压力过大，使得混凝土被压碎，这个时候轴向压力对混凝土的约束作用与产生的不利影响来说是微不足道的,因此此时抗剪强度反而降低。J-6节点就是轴压比过大给节点的抗剪带来不利影响而降低了节点的抗剪强度。

　　参考文献

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