新型裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)整體式梁柱節(jié)點(diǎn)研究

王豐磊

裝配式框架結(jié)構(gòu)相對(duì)于裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)布置更加靈活，能夠獲得開敞大空間并具有良好的延性[1～3]。TheParamount（1棟位于美國(guó)San－Francisco的39層建筑）和我國(guó)的民族飯店均采用了裝配式框架結(jié)構(gòu)[4～5]。可靠的節(jié)點(diǎn)形式必須能夠有效傳遞內(nèi)力，同時(shí)還必須具有良好的剛度、延性和耗能能力。為了研究預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能，設(shè)計(jì)制作了預(yù)制裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)試件，對(duì)其進(jìn)行了ABAQUS有限元軟件對(duì)其做擬靜力分析，得到其滯回曲線。

1 構(gòu)件設(shè)計(jì)

框架梁柱柱長(zhǎng)為2000mm，梁取實(shí)際長(zhǎng)度為1500mm，柱與截面尺寸分別為500mm×500mm及 300mm×300mm；《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB500102010）相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)梁柱的配筋，采用直徑為12mm和14mm的HRB335鋼筋作為預(yù)制梁柱的配筋，箍筋采用直徑為6.5mm的HPB235鋼筋；混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30。

2 有限元模型的建立

本工程中ABAQUS中混凝土本構(gòu)模型選用的是混凝土損傷塑性模型，鋼材的本構(gòu)關(guān)系模型采用雙折線隨動(dòng)強(qiáng)化模型。

3 不同設(shè)計(jì)參數(shù)下構(gòu)件性能分析

對(duì)軸壓比和螺栓的預(yù)緊力不同情況下，進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)分析，建立三種工況，第一種工況就是軸壓比是0.6下，螺栓預(yù)緊力是200kN時(shí)的狀態(tài)；第二種工況就是軸壓比是0.6下，螺栓預(yù)緊力是100kN時(shí)的狀態(tài)；第三種工況就是軸壓比是0.9下，螺栓預(yù)緊力是100kN時(shí)的狀態(tài)。

從上面三種工況中可以得到：當(dāng)軸壓力相同時(shí)，預(yù)緊力不同時(shí)，預(yù)緊力越大，連接板處受到的應(yīng)力就越大；當(dāng)預(yù)緊力相同時(shí)，柱壓比越大，柱受到應(yīng)力就越大，同時(shí)柱和梁連接處受到的應(yīng)力也會(huì)增大。同時(shí)可知結(jié)構(gòu)破壞的時(shí)候，首先破壞的地方是梁柱節(jié)點(diǎn)連接處，螺栓最先達(dá)到屈服，達(dá)到強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)原則。

滯回曲線是在力循環(huán)往復(fù)作用下，得到結(jié)構(gòu)的變形－荷載曲線。它反映結(jié)構(gòu)在反復(fù)受力過(guò)程中的剛度退化、變形特征及能量消耗，是進(jìn)行非線性地震反應(yīng)分析和確定恢復(fù)力模型的依據(jù)。同時(shí)對(duì)三種工況滯回曲線做了對(duì)比分析：工況一和工況二對(duì)比是預(yù)緊力不同時(shí)情況下如圖1所示，工況二和工況三對(duì)比是軸壓比不同時(shí)情況下如圖2所示。

圖1 軸壓比相同，預(yù)緊力不同

圖2 軸壓比不同，預(yù)緊力相同

從圖1～2所示可知：預(yù)緊力加大時(shí)，其滯回曲線比較飽滿但是效果相差沒(méi)有那么大，當(dāng)軸壓比加大時(shí)，滯回曲線耗能面積會(huì)比較小，說(shuō)明隨著軸壓比的增加，構(gòu)件的耗能性能和等效阻尼系數(shù)變化都比較大，高軸壓比下，構(gòu)件損傷較為明顯。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件進(jìn)行低周往復(fù)荷載作用下的數(shù)值仿真分析可以得出：

（1）梁柱節(jié)點(diǎn)破壞時(shí)，最先屈服的梁柱節(jié)點(diǎn)的連接處，能滿足強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)原則。

（2）當(dāng)預(yù)緊力加大時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的滯回曲線沒(méi)有太大的影響。

（3）當(dāng)軸壓比加大時(shí)，滯回曲線的包絡(luò)面積會(huì)減少，是由于構(gòu)件的耗能性能和等效阻尼系數(shù)變化變大，導(dǎo)致構(gòu)件損傷變大。

[1]陳子康，周云，張季超，吳從曉.裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用[J].工程抗震與加固改造，2012，34.

[2]Elliott K S.Research and Development in Precast Concrete Framed Structures[J].Progress in Structural Engineering and Materials，2000，2（4）：405～428.

[3]范力.裝配式預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué).2007.

[4]ENGLEKIRK R E.Design-construction of the Paramount:39-story precast prestressed concrete apartment building[J].PCIJournal，2002，47（4）：56～71.

[5]胡慶昌.民族飯店高層裝配式框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].土木工程學(xué)報(bào)，1959（9）：31～64.