钢梁-钢筋混凝土柱节点的抗震性能研究__墨水学术,论文发表,发表(2)

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ANSYS中提供的专门的混凝土单元，即SOLID65；钢筋选用单元LINK8进行模拟。
　　3.2试件有限元模型的建立
　　在ANSYS建模过程中，采用了实体建模法，根据RCS节点试件外形和几何尺寸建立三维实体模型，忽略型钢与混凝土以及钢筋与混凝土之间的相对滑移，建模时不考虑粘结滑移单元。采用人工控制单元边长的方法控制单元尺寸，对实体模型进行网格划分。网格划分后试件的有限元模型，如图3所示。
　　
　　
　　图2混凝土应力-应变曲线
　　
　　图3RCS节点的有限元模型
　　根据计算受力简图可知，把柱顶位置设为铰节点，柱脚位置设为固定端，因此在柱顶施加x、z方向的约束，在柱脚施加x、y、z三个方向的约束。加载时先在柱顶施加轴压力，然后在梁端施加低周反复位移荷载。
　　4有限元计算结果及其分析
　　4.1节点试件的破坏特征
　　根据3个RCS节点试件的有限元模拟计算结果，并通过对试件节点处的Mises应力、应变云图分析可知，试件RCS1发生了核心区剪切型破坏；试件RCS2出现了梁铰型破坏；试件RCS3梁端和核心区都出现了塑性铰，即发生了混合型破坏。
　　4.2滞回曲线
　　滞回曲线是指加载一周得到的荷载-位移曲线，也称为P-△曲线，它是结构抗震性能的综合体现[4]。3个RCS节点试件的梁端荷载-位移曲线如图4所示。由图4可以看出：①3个试件节点的荷载-位移曲线形状介于梭形与反“S”形之间，更接近于反“S”形，且比较饱满，表现出良好的抗震性能。该类型节点的滞回曲线比一般钢筋混凝土节点更为饱满，但比纯钢节点差一些，因此，RCS组合框架节点的耗能能力介于钢节点与钢筋混凝土节点之间。②RCS1、RCS2和RCS3的滞回曲线形态相差不大，但RCS1和RCS2的滞回曲线比RCS3稍微饱满，说明在轴压比较小的情况下，试件RCS1和RCS2的耗能能力要强一些；在轴压比较大的情况下，RCS3的耗能能力有一定的降低。③三个RCS节点的加载曲线斜率和卸载曲线斜率均随反复加载次数的增加而不断减小，但是卸载曲线斜率减小幅度较加载曲线斜率减小幅度偏小，说明节点的卸载刚度退化现象不如加载刚度退化现象明显。
　　
　　RCS1
　　
　　RCS2
　　
　　RCS3
　　图4RCS节点试件的荷载-位移曲线
　　4.3骨架曲线
　　骨架曲线既能够反映试件的屈服荷载和位移、极限荷载和位移等特征点，也能够宏观地反映出在反复荷载作用下各个试件的延性、强度退化及刚度退化等情况。3个RCS节点试件的骨架曲线如图5所示。由图5可知：①骨架曲线均呈S形,说明节点试件在低周反复荷载作用下都经历了弹性、塑性和极限破坏三个阶段。②试件RCS1的屈服荷载和极限荷载均比试件RCS2、RCS3的小，由此可知，节点核心处混凝土和钢梁腹板强度高低对试件节点承载能力有一定影响，即强度越高，承载力越高。③试件RCS2的屈服荷载和极限荷载比试件RCS3的小一些，于是可知，轴压比对节点试件的承载能力也有一定影响，即轴压比越大，节点试件的承载力越大，但增加的程度不大。
　　
　　RCS1
　　RCS2
　　
　　RCS3
　　图5RCS节点试件的骨架曲线
　　
　　4.4延性系数
　　延性是表征构件变形能力的一个重要参数，是构件在超过弹性阶段后其承载能力无显著下降情况下的变形能力。一般常用位移延性系数来评价构件或结构延性性能。RCS节点试件的位移延性系数如表2所示，由表2可知：①梁贯通式钢梁-钢筋混凝土柱节点的延性均较好。②轴压比对试件的延性有不利影响，即轴压比越大，延性系数越小，节点的延性越差。
　　表2各试件节点的延性系数和耗能系数
　　试件    RCS1    RCS2    RCS3
　　延性系数    2.24    2.33    2.12
　　耗能系数E  &

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