基于OpenSEES的新型装配式梁柱节点及框架的弹塑性分析

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目前,针对装配式梁柱节点的有限元分析多采用实体单元的建模方法,该建模方法计算耗时较长,且模型不易收敛,在装配式整体结构分析中难以准确对装配式节点的力学性能及其整体框架的抗震性能进行研究,因此大多只应用于构件分析层面。本文研究采用OpenSEES模拟新型装配式梁柱节点,并在不进行简化的前提下将节点的建模方法直接应用于整体装配式框架模型中并进行弹塑性分析。通过与节点试验结果、计算效率对比,验证了本文仿真方法的正确性,且与实体建模方法相比具备更好的计算效率。论文研究主要从以下四个方面展开:(1)考虑装配式梁柱节点核心区的剪切变形及钢筋的粘结滑移变形,在OpenSEES中对装配式节点进行建模。通过Hysteretic Material和Bond_SP01模拟装配式节点后浇区域钢筋的粘结滑移作用。将该仿真方法分别应用于装配式中间节点及新型插销式梁柱边节点,并对节点模型进行往复加载研究。(2)对比分析传统装配式梁柱节点、新型插销式梁柱节点的试验和数值模拟的滞回曲线、骨架曲线、强度、延性,结果表明在循环往复荷载作用下,本文提出的数值仿真方法能够准确地模拟出装配式湿式节点的非线性响应,由此验证了该OpenSEES建模方法在节点力学性能分析上的正确性。(3)为了进一步研究框架的抗震性能及模型的计算效率,在不对节点进行简化的条件下采用两种脚本语言将装配式梁柱节点建模方法应用于框架模型中,分别建立了5榀7层3跨的框架模型。对框架进行弹塑性静力分析,对比了现浇框架和装配式框架的抗震性能。通过对比两种脚本语言建立的框架模型,验证了带有不同装配式节点的复杂框架模型具有足够的精确性。(4)在OpenSEES中对装配式混凝土框架建模,实现了带有不同装配节点的装配式框架模型及现浇模型的弹塑性动力时程分析,对比了4个装配式框架和1个现浇框架的顶层位移时程曲线、层间位移角等抗震性能指标。通过对比OpenSEES建立的装配式框架模型和实体单元建立的模型所用的计算时间,验证了OpenSEES具有计算的高效性。综上所述:采用OpenSEES建立的装配式梁柱节点模型能够真实地反映出节点的非线性性能,体现了OpenSEES建模方法的正确性。将节点的建模方法应用于多层框架中,并对框架进行弹塑性分析,其结果表明:混合连接方式的多层装配式框架的抗震性优于现浇框架。因此将提出的建模方法应用至多层装配式框架的抗震性能研究,将对装配式框架结构整体性能的研究起到积极的推动作用。
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