钢筋混凝土梁柱节点动态力学性能研究

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受材料率敏感性的影响,钢筋混凝土构件也具有率敏感效应,其刚度、承载力在不同加载速率水平下均有所不同。然而,以往的研究多集中于混凝土和钢筋材料率效应的研究,有关梁柱节点快速加载下的研究相对较少。基于上述考虑,采用位移控制方式加载,对钢筋混凝土梁柱节点开展了动态试验,以更好地理解加载速率对梁柱节点动态力学性能的影响。主要研究内容总结如下:(1)根据钢筋混凝土结构的延性设计准则,推导了往复荷载作用下梁截面混凝土受压区高度的取值。对简化软化拉-压杆模型的斜压杆倾角、斜压杆高度、埋置于混凝土内钢筋的屈服应力以及软化系数进行了调整,对抗剪通用分析模型的模型系数和边节点类型系数进行了调整。根据库伦破坏准则、莫尔圆理论、节点组合体的受力模型,推导了剪压复合受力状态下混凝土的抗剪强度计算模型。此外,运用二项式逻辑回归模型和简化软化拉-压杆模型分别预测了梁柱节点的破坏形态以及节点核心区裂缝的发展。(2)对比了应变率水平不同计算方法的可行性以及梁柱中节点抗剪承载力不同计算公式的合理性,研究了加载速率和轴压比对梁柱中节点动态力学性能的影响。通过多元线性回归分析,给出了梁柱中节点水平抗剪承载力动态增长因子的经验公式。研究结果表明:随轴压比的提高,节点核心区斜裂缝与竖向轴力的夹角减小;随加载速率或轴压比的提高,节点组合体内的裂缝数量逐渐减少,且梁端塑性铰区混凝土损伤加重,节点核心区混凝土损伤减弱;节点组合体的承载力随加载速率的提高而增大,且屈服荷载的增长幅度较极限荷载的增长幅度更明显;随加载速率的提高,钢筋与混凝土之间的黏结滑移更明显,但节点组合体的延性没有变化;随加载速率或轴压比的提高,节点组合体的刚度退化加剧,耗能增多;简单地在拟静态设计公式中采用钢筋与混凝土动态强度的方法计算梁柱中节点的抗剪承载力是偏于不安全的,往往会过高估计梁柱中节点的抗剪承载力。轴压比和加载速率对梁柱边节点的力学性能有类似的影响规律。(3)通过有限元分析软件ABAQUS,采用混凝土损伤塑性模型,可以有效地模拟钢筋混凝土梁柱节点在快速加载情况下的应变率效应,数值分析得到的荷载。位移骨架曲线以及节点组合体的抗剪承载力与试验结果基本吻合。此外,配箍率对钢筋混凝土梁柱节点混凝土的损伤程度以及应力分布有一定的影响,节点组合体的屈服荷载和极限荷载均随节点核心区箍筋间距的增大而降低,配箍率减小后,极限荷载的降低幅度较屈服荷载的降低幅度更加明显。
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