軸壓比對寬扁梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能影響的分析

王曉林

(太原學(xué)院 基建處，山西 太原030032)

0 前言

降低結(jié)構(gòu)層高和增加室內(nèi)凈高這對矛盾的問題可以通過合理改變樓板結(jié)構(gòu)形式來解決。設(shè)計(jì)人員經(jīng)過不懈的努力探索和研究，發(fā)現(xiàn)寬扁梁結(jié)構(gòu)[1]的運(yùn)用可以適當(dāng)降低結(jié)構(gòu)層所占的高度，以達(dá)到降低結(jié)構(gòu)層高或增加室內(nèi)凈高的目的?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中采用寬扁梁與普通梁，其節(jié)點(diǎn)的受力性能有明顯的區(qū)別。現(xiàn)行的規(guī)范僅從概念上給出了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的設(shè)計(jì)措施，且對梁柱截面的限制條件[2][3]較嚴(yán)，使其在實(shí)際工程中的應(yīng)用受到一定的局限。因此研究寬扁梁柱節(jié)點(diǎn)，具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

所選寬扁梁柱節(jié)點(diǎn)基本模型的數(shù)據(jù):梁截面尺寸b×h=800mm×300mm，柱截面尺寸 b×h=400mm×400mm;混凝土強(qiáng)度等級C30，鋼筋強(qiáng)度等級HRB400;如圖1所示柱內(nèi)配縱筋左右兩側(cè)各320，對稱布置，配箍筋Φ6@100(2);梁內(nèi)配縱筋上下各822，均勻布置，配箍筋Φ6@100(4)。為了能更加真實(shí)準(zhǔn)確的模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際工作狀態(tài)，模型上下柱端均取到框架柱的反彎點(diǎn)位置，認(rèn)為是鉸約束，在柱頂施加軸向壓力保持不變;左右梁端均取到框架梁的反彎點(diǎn)位置，認(rèn)為是無約束的自由端，在梁端施加豎向集中力，均勻加載到模型破壞為止，如圖3所示。

1 軸壓比對寬扁梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能的影響

在節(jié)點(diǎn)基本模型的基礎(chǔ)上，通過改變施加在柱頂豎向荷載的大小，使模型中框架柱的軸壓比不同。運(yùn)用有限元軟件Ansys分析在不同軸壓比下，模型受反對稱荷載作用時(shí)，寬扁梁柱節(jié)點(diǎn)的受力性能。選取十一個(gè)不同的模型使柱的軸壓比取值從0.0間隔0.1一直到1.0，相應(yīng)的十一個(gè)模型分別命名為:MX-0.0、MX-0.1 一直到 MX-1.0。

圖1 模型網(wǎng)格劃分圖

圖2 鋼筋骨架圖

圖3 模型受力簡圖

1.1 對比分析模型中的柱在不同軸壓比下，梁兩端受反對稱荷載作用達(dá)到破壞狀態(tài)的過程中，各階段梁端荷載大小的變化。

表1 荷載對比(單位:kN)

圖4 荷載對比曲線

由表中的數(shù)據(jù)和圖中的曲線變化趨勢可得，隨著軸壓比的增加，各模型的初裂荷載值有逐漸增大的趨勢，各模型的在其它階段時(shí)承受的梁端反對稱荷載值均出現(xiàn)處先增大后下降的變化趨勢，在軸壓比為0.7附近時(shí)，所能承受的梁端反對稱荷載值達(dá)到最大，當(dāng)軸壓比達(dá)到0.8并且繼續(xù)增大時(shí)，模型的承載力隨之降低。

1.2 對比分析模型中的柱在不同軸壓比下，梁兩端受反對稱荷載作用達(dá)到破壞狀態(tài)的過程中，各階段梁端豎向位移大小的變化。

表2 位移對比(單位:mm)

圖5 位移對比曲線

由表中的數(shù)據(jù)和圖中的曲線變化趨勢可得，隨著軸壓比的增加，各模型的初裂階段時(shí)的梁端位移有逐漸增大的趨勢，其余各階段中梁端位移隨著軸壓比的增大有先減小后增大最后又減小的趨勢，這主要是由于模型中柱的截面特性及配筋與寬扁梁相比較小，當(dāng)軸壓比較小時(shí)，豎向軸力對柱的約束較小，梁端位移較大;隨著軸壓比的逐漸增大，豎向軸力對柱的約束增大，隨著節(jié)點(diǎn)承載力的提高，梁端位移也隨之增大;但當(dāng)軸壓比過大時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)處混凝土被壓壞，梁端位移有所下降。

1.3 對比分析模型中的柱在不同軸壓比下，梁兩端受反對稱荷載作用達(dá)到破壞狀態(tài)的過程中，各階段梁端各模型的荷載-位移曲線的變化。

圖6 模型的荷載-位移曲線

由圖中曲線的變化趨勢可得，軸壓比不同時(shí)各模型的荷載-位移曲線的變化趨勢基本形同。在加載初期，梁端反對稱荷載較小時(shí)，各模型處于彈性階段，曲線呈線性關(guān)系，且不同軸壓比下的荷載——位移曲線基本一致。對著梁端反對稱荷載的增大，各模型的荷載——位移曲線也出現(xiàn)的明顯的差別。由圖(a)中的曲線可以看出，MX-0.0的曲線斜率最小，MX-0.1的曲線斜率居中，MX-0.2的曲線斜率最大，說明這三個(gè)模型中，隨著軸壓比的增大，各模型的剛度是逐漸增大的;由圖(b)和圖(c)中的曲線可以看出，從MX-0.2到MX-0.6，各模型的曲線斜率變化不大，說明當(dāng)軸壓比從0.2增大到0.6時(shí)，各模型的剛度基本保持不變;由圖(d)和圖(e)中的曲線可以看出，從MX-0.6到MX-1.0，各模型的曲線斜率逐漸減小，說明當(dāng)軸壓比從0.6增大到1.0時(shí)，各模型的剛度基本逐漸減小。由此可以得出軸壓比對整體模型的剛度是有影響的，隨著軸壓比的增大，模型的剛度是先增大，后在一定范圍內(nèi)保持不變，最后逐漸減小的。

2 結(jié)論

文中運(yùn)用軟件建立模型，并進(jìn)行模擬分析，得到其受力性能隨著軸壓比的變化而變化。柱軸壓比從0逐漸增大到1.0的過程中，節(jié)點(diǎn)的承載力在0.2～0.7的范圍內(nèi)逐漸增大，當(dāng)大于0.7后，承載力反而有所下降;隨著柱軸壓比的增大，節(jié)點(diǎn)模型的剛度先增大，后保持基本不變(軸壓比在0.2～0.6范圍內(nèi))，最后逐漸減小。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要合理控制軸壓比在0.2～0.7的范圍內(nèi)，使結(jié)構(gòu)具有較高的承載力及較大的剛度。

[1]黃志軍.寬扁梁柱節(jié)點(diǎn)彈塑性工作性能研究[J].中國勘察設(shè)計(jì)，2011，(11):75-81.DOI:10.3969/j.issn.1006-9607.2011.11.019.

[2]游力.R.C.寬扁梁框架樓層中節(jié)點(diǎn)抗震工作性能研究[D].深圳大學(xué)，2004.

[3]梁道謀.結(jié)構(gòu)中寬扁梁設(shè)計(jì)要點(diǎn)及其特點(diǎn)探討[J].科技與企業(yè)，2013(15).