節(jié)點(diǎn)區(qū)非彈性變形的有限元模擬及規(guī)律分析.pdf

1、大量鋼筋混凝土梁柱組合體試驗(yàn)表明節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切變形和貫穿節(jié)點(diǎn)梁縱筋滑移是不能忽略的，這兩種節(jié)點(diǎn)非彈性變形引起的梁端變形最為甚者能達(dá)到總變形的一半。梁柱節(jié)點(diǎn)在地震作用下受力復(fù)雜，其性能受到較多因素影響，是性能化設(shè)計(jì)中的一個關(guān)鍵部位。較大的節(jié)點(diǎn)非彈性變形會造成組合體試件荷載-位移曲線較為嚴(yán)重的捏縮效應(yīng)，降低耗能能力。
　　本文首先選取部分具備完整試驗(yàn)數(shù)據(jù)的梁柱組合體試件作為分析對象，在ABAQUS中建立相應(yīng)的有限元模型。采用EMBED

2、ED功能將鋼筋與混凝土完全約束而不考慮兩者之間的粘結(jié)滑移。對不考慮梁筋粘結(jié)滑移時，單調(diào)加載和反復(fù)加載下有限元模型的非線性反應(yīng)進(jìn)行模擬。分析結(jié)果表明，單調(diào)加載下得到的梁端荷載-位移曲線承載能力誤差小，但加載剛度仍然偏大。反復(fù)加載下得到的荷載-位移曲線飽滿，基本沒有捏縮效應(yīng)，與試驗(yàn)結(jié)果相比誤差較大。
　　在前述有限元模型中，采用SPRING單元考慮鋼筋和混凝土之間粘結(jié)滑移的影響。重點(diǎn)分析了單調(diào)加載下粘結(jié)滑移本構(gòu)的確定方法，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果

3、對粘結(jié)滑移本構(gòu)模型進(jìn)行了改進(jìn)。分析結(jié)果表明，采用SPRING單元后，組合體試件的荷載-位移曲線加載剛度誤差較小，而承載能力基本沒有影響，并分析了采用此方法進(jìn)行反復(fù)加載得到的荷載-位移曲線效果及其原因，發(fā)現(xiàn)在ABAQUS中SPRING單元通常只適用于單調(diào)加載，反復(fù)加載下的粘結(jié)滑移模擬需要使用其他方法來實(shí)現(xiàn)。
　　采用ABAQUS模擬梁柱組合體單調(diào)加載和反復(fù)加載，將得到的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)坐標(biāo)數(shù)列經(jīng)過轉(zhuǎn)換并與試驗(yàn)實(shí)測的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了

4、模擬結(jié)果的合理性。在此基礎(chǔ)上，采用單調(diào)加載模擬結(jié)果，結(jié)合數(shù)學(xué)原理對現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)剪切變形計(jì)算模型進(jìn)行評估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其所存在的平行四邊形假定合理、對角線不轉(zhuǎn)動假定誤差較大，對角線轉(zhuǎn)動角度和剪切角相比是不容忽視的。并將其進(jìn)一步擴(kuò)展至反復(fù)加載模擬結(jié)果，也得到了相同的結(jié)論。對比結(jié)果也表明，依據(jù)有限元分析的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)直接測量得到的量測剪切角與采用現(xiàn)有兩種節(jié)點(diǎn)剪切變形計(jì)算方法得到的計(jì)算剪切角存在較大差別，但總剪切角相當(dāng)。
　　本課題組碩士莫林輝

5、在2013年提出了中間層中節(jié)點(diǎn)縱筋應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型，但其對數(shù)據(jù)的選取較簡化，對試驗(yàn)參數(shù)的篩選也較為簡略，得出的定參計(jì)算公式相互嵌套，較為復(fù)雜。在此基礎(chǔ)上，本文繼續(xù)補(bǔ)充搜集數(shù)據(jù)，擴(kuò)大樣本容量，經(jīng)過計(jì)算得到了梁端縱筋應(yīng)力和縱筋滑移量的對應(yīng)關(guān)系。采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)回歸和優(yōu)化，得到了本構(gòu)模型中各個特征點(diǎn)的改進(jìn)定參方法。選取部分梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，采用改進(jìn)定參公式計(jì)算本構(gòu)模型并分析梁縱筋粘結(jié)滑移對梁柱組合體受力性能的影響，將其與試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果

6、以及莫林輝模擬結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了改進(jìn)定參公式的合理性和簡潔性。
　　本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)為：
　?、賹PRING單元的粘結(jié)滑移本構(gòu)進(jìn)行了修正，建立了在單調(diào)加載下梁柱節(jié)點(diǎn)更適用的粘結(jié)滑移本構(gòu)。
　?、诨贏BAQUS模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)剪切變形計(jì)算模型的對角線不轉(zhuǎn)動假定存在較大誤差，梁端和柱端剪切角的計(jì)算誤差也較大。
　　③針對已有的縱筋應(yīng)力-滑移本構(gòu)模型骨架線的計(jì)算方法進(jìn)行了優(yōu)化，得到了該本構(gòu)模型各個特征點(diǎn)的改