钢纤维混凝土梁柱节点抗震性能有限元分析

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梁柱节点作为建筑结构的重要部位,是结构传递和内力分配的枢纽,其破坏往往会导致整个建筑结构的倒塌。要使节点满足延性框架中的“强柱弱梁”抗震设计原则,则截面尺寸往往过大或箍筋配置较多,给施工带来较大麻烦,同时难以有效控制裂缝的产生。钢纤维混凝土(Steel Fiber Reinforced Concrete,SFRC)作为一种新型绿色材料,具有抗拉强度高、延性好、耗能能力强等特点,研究表明将钢纤维混凝土应用到建筑物相关构件当中,可以显著改善结构的延性和耗能能力。为了研究SFRC梁柱节点在地震荷载作用下的抗震性能,本文在已有试验研究的基础上,利用非线性分析软件ABAQUS对钢纤维混凝土梁柱节点进行深入的数值模拟和理论分析。主要研究内容如下:(1)利用有限元软件ABAQUS建立SFRC梁柱节点模型,将模拟结果与试验破坏状态、滞回曲线、骨架曲线、损伤、耗能能力等进行比较分析,结果表明所建立的模型精确度较高,能够用于模拟SFRC梁柱节点的抗震性能。(2)在验证有限元模型准确性的基础上,分别设计了20个梁柱节点模型,进一步分析混凝土强度、钢纤维体积率、轴压比、核心区配箍率对SFRC梁柱节点的抗震性能的影响规律。结果表明:增大混凝土强度对SFRC梁柱节点的峰值荷载影响较小,但是试件的延性先增大后逐渐减小;提高钢纤维体积率和节点核心区配箍率可以有效提高SFRC梁柱节点的抗震性能;增大轴压比在一定范围内可以提高SFRC梁柱节点的峰值荷载,当轴压比小于0.3时,随着轴压比的增大,峰值荷载也逐渐增大,当轴压比大于0.3时,随着轴压比的增大,峰值荷载逐渐降低。(3)根据平衡方程、变形协调方程和本构关系,建立了钢纤维混凝土梁柱节点核心区受剪承载力计算新方法,通过20个钢纤维混凝土梁柱节点试件的试验验证,结果表明理论计算值与试验值较为接近,离散性较好,可以有效计算钢纤维混凝土梁柱节点的受剪承载力。
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