一种新型混凝土管梁柱节点受力性能分析.pdf

聂净虎： 一种新型混凝土管梁柱节点受力性能分析 41 一 种 新型混凝土管梁柱 节点受力性 能分 析 聂净虎 ( 天津大学建筑工程学院 ． 天津3 0 0 0 7 2) 【 摘要】 提出了一种新型混凝土管梁柱节点——梁筋穿心式节点， 借助 A B A Q U S 软件， 建立了混凝土管梁 柱节点模型以及普通混凝土梁柱节点对 比模型， 进行竖向加载、 单向水平加载和水平低周反复加载。研究得出管 柱节点比普通节点竖向承载力高 1 7 ． 5 ％， 水平承载力相差不多， 低周反复加载下的位移 一柱端荷载滞回曲线饱满 度略差。 【 关键词】 混凝土管柱； 承载力； 穿心式节点 ； 抗震性能 【 中图分类号】 T U 3 7 5 ． 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 { 2 0 1 3 ) 0 3 — 0 0 4 1 — 0 2 ANALYS I S oN THE RES I s TANCE CAPABⅡ r T Y oF A NEW PRECAS T CoNCREr E P Ⅱ． E CoLUM NI E J i n g - h u ( S c h o o l o f C i v i l E n g i ， T i a n j i a n U n i v ． ， T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 ，C h i n a ) A b s t r a c t ： A n e w t y p e o f j o i n t f o r c o n c r e t e t u b e c o l u m n a n d b e a m — b e a m b a r c r o s s — c o r e t y p e j o i n t i s p r o p o s e d ． C o n c r e t e t u b e b e a m— c o l u m n j o i n t mo d e l a n d c o mm o n c o n c r e t e b e a m— c o l u m n j o i n t c o n t r a s t mo d e l i s e s t a b l i s h e d b y F E M s o f t w a r e A B A QU S ，t o c o n d u c t t h e v e r t i c a l l o a d i n g ，the h o r i z o n t a l l o a d i n g u n i d i r e c t i o n a l a n d h o ri z o n t a l l o w c y c l i c l o a d i n g ．T h e t e s t s h o w tha t the v e r t i c a l r e s i s t a n c e c a p a b i l i t y o f t u b e c o l u mn j o i n t i s h i g h e r t h a n t h a t o f c o m mo n j o i n t b y 1 7 ． 5 ％， h o r i z o n t a l b e a ri n g c a p a c i t y a r e n o t s i g — n i fi c a n t d i ff e r e n t a n d the p l u mp n e s s o f d i s p l a c e mr n t — c o l u mn e n d l o a d h y s t e r e s i s u n d e r l o w r e v e r s e d c y c l i c l o a d i n g i s s l i g hd y p o o r ． Ke y w o r d s ： c o n c r e t e t u b e c o l u mn ； r e s i s t a n c e c a p abi l i t y ； C R O S S — c o r e ty p e j o i n t ； s e i s mi c p e rf o r m a n c e 预制混凝土管柱⋯作为一种新型组合结构会在 建筑工程领域得到广泛的应用。作为框架结构柱 ， 预 制混凝 土管柱 结构 与梁 系 连 接节 点 的设 计 是 应用 中 首先要解决的问题。基于对梁柱节点的研究 ， 并参考 钢管混凝土与梁系连接节点的设计型式， 设计了一种 新型混凝土管梁柱节点——穿心式节点。即在节点 区预制混凝 土管上开 小孔 ， 使 钢筋混凝 土梁 的纵 筋能 穿过预制混凝 土管 ， 以保证剪力和弯矩在节点 区的 传递 。 利用 A B A Q U S软件 ， 对预制混凝土管梁柱节点的 受力性能进行了非线性有 限元研究。考虑了竖 向荷 载 、 单 向水平荷载 以及 低周往 复荷载作 用 下的受 力 和 变形性 能 ， 并与普通梁柱节点进行 了对 比。 1 有限元计算模 型 采 用 A B A Q U S 提 供 的 混 凝 土 塑 性 损 伤 模 型 ( D a m a g e d p l a s t i c i t y m o d e l f o r c o n c r e t e ) ， 对预制 混凝 土 管梁柱节点 的受力性 能进行 了研究。 基 于 某 工 程 结 构 尺 寸及 荷 载 ( 轴 力 设 计 值 4 0 0 0 k N) ， 柱采 用外 径 6 0 0 1 n l n ， 壁厚 8 0 ra m预 制混凝 土 管柱 ， 混凝土 C 6 0， 纵筋 1 6 l 4 ， 箍筋 1 0 @ 1 0 0， 柱 芯 混凝土采用 C 3 0素 混凝 土。梁截 面 3 0 0 ra m x 7 0 0 ra m， 混凝土 C 3 0 ， 纵筋8 O ， 箍筋 螂 @1 0 0 ， 节点尺寸7 ． 2 m x 7 ． 1 m 。纵筋及箍筋采用 H R B 3 3 5 。节点形状见图 1 所示 。 1 ． 1 竖向荷载作用下的受力性能模拟 在施加竖向荷载时。 节点的边界条件为柱两端为 铰接 ， 两个梁端面 自由无约束。在模型中通过约束柱 端底面的 向、 Y向和 向的位移 ， 柱顶端面 向、 向 位移和绕 Y轴的转动来实现。加载方式采用在柱端的 位移 控制加 载。 1 ． 2 单向水平荷载作用下的受力性能模拟 模型中单 向水平荷载作用下的边界条件为约束 柱底端面 向、 Y向和 向位移 ， 钢筋混凝土梁两端面 约束 Y向、 ： 向位移和绕 轴的转动。采用柱端位移控 制加载 。 1 ． 3 低周 反复荷 载作用 下受力性能模拟 4 2 低温建筑技术 2 0 1 3年第 3期( 总第 1 7 7期 ) 边界条件 同单 向水 平加载 ， 在 柱顶端 施加 X 方 向 位移荷载， 得到节点的水平极限承载力 P 及屈服位移 △ ， ( 0 ． 7 P 。 对应 的位移) 引 。往复荷载施加分两个步 ＼ ／ 图1 节点尺寸 l m 8 4 0 —4 - 8 骤， 第一步在柱顶端施加轴向压力 Ⅳ 0 ， 第二步保持 Ⅳ 0 不变， 在柱顶施加 向往复位移荷载， 加载制度见 图 2 。 0 4 8 1 2 l 6 2 O 循环次数 图2 加载制度 2 有 限元计算结果分析 2 ． 1 竖向荷载作用下的受力性能分析 图3所示为两种节点在竖向荷载作用下的承载力 一 位移曲线， 从曲线中可以得出穿心节点比普通节点 承载力要高 1 7 ． 5 ％， 但变形性能要差一些。 2 ． 2 水平荷载作用下受力性能分析 图4为两种节点在单 向水平荷载下的承载力 一 位移 一 位移， m 图4 水平承载力一 位移 曲线 Z 暴 枢 位移／ m 图3 竖向承载力一 位移曲线 曲线， 可以看出二者承载力相差不大， 穿心节点 的屈 服位移要大一些， 变形性能较好。 2 ． 3 低周反复荷载作用下性能分析 模型计算结果 N u = 7 2 3 0 k N， 水平极限承载力 P = 5 0 ． 7 k N，／ t =6 ra m。N o取 为 4 0 0 0 k N( 轴 压 比 0 ． 5 5 ) 。往复加载得到的位移 一柱端荷载滞 回曲线如 图 5所示 。 图5为两种节点在反复荷载作用下的位移 一柱端 荷载滞回曲线， 是结构在反复荷载下受力性能的综合 反映， 是结构抗震性能的综合表现之一 。从图上可 以看 出， 当往复荷载超过屈服荷载时， 节点在相同位 移下水平承载力出现下降， 加载曲线斜率下降， 表明 混凝土出现了损伤。且随着位移的增大， 损伤现象越 来越明显， 承载力降低程度越大。穿心节点的滞回曲 线较普通节点饱满度略差， 但捏拢现象不明显， 说 明 预制混凝 土管梁柱穿心节点有较好的耗能性 能。 3结语 通过 A B A Q U S有限元分析， 得出竖向荷载作用下 预制混凝土管梁柱穿心式节点较普通节点具有较高 的承载力， 但延性较差 ； 水平荷载作用下 ， 承载力相差 不大 ， 变形性能更好 ； 低周反复荷载作用下， 滞回曲线 位移， mm 位移I mm ( a ) 普通节点 ( h ) 穿心节点 图5 两种节点的位移一 柱靖荷载滞回曲线 饱满度略差 ， 捏 拢现象不明显 ， 耗能性能较好。 参考 文献 [ 1 ] 丁红岩， 张浦阳．一种新型预制混凝土管柱结构及其施工方 法[ P ] ． 中国专利： 2 0 1 1 1 0 3 6 1 0 6 0 ． 2 ， 201 l — l 1 一 l 5 ． [ 2 ] 庄茁， 张帆， 岑松．A B A Q U S 非线性有限元分析与实例[ M ] ． 北京 ：科学出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 3 】 韩林海， 陶忠， 王文达． 现代组合结构和混合结构——试验、 理 论 和方法 [ M] ．北京 ： 科学出版社 ， 2 0 0 9 ． [ 4 ] 朱伯龙．结构抗震试验[ M] ． 北京： 地震出版社， 1 9 8 9 ． [ 收稿日期】 2 0 1 2— 1 1 — 2 6 [ 作者简介】 聂净虎( 1 9 8 6 一) ， 男， 河北赵县人， 硕士研究生， 研究方 向： 混凝土结构。 △ ． _I 一 川 一 ～ 堋 ～ N 】 耨挺