鋼筋活性粉末混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)恢復(fù)力模型

崔建華

【摘 ?要】在分析了7個(gè)鋼筋活性粉末混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)試件滯回曲線和骨架曲線特性的基礎(chǔ)上，采用理論分析和數(shù)據(jù)擬合方法，給出了建議此類節(jié)點(diǎn)在復(fù)合作用下使用的骨架曲線模型和能反映剛度退化規(guī)律的滯回規(guī)則。以上恢復(fù)力模型可以較好地反映出此類節(jié)點(diǎn)的破壞過程和主要特征點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】恢復(fù)力模型;邊節(jié)點(diǎn);活性粉末混凝土

恢復(fù)力模型，作為一種可以用于結(jié)構(gòu)彈塑性動(dòng)力分析時(shí)的實(shí)用數(shù)學(xué)模型，是將鋼筋混凝土構(gòu)件擬靜力加載試驗(yàn)得到的力-變形關(guān)系曲線通過適當(dāng)?shù)爻橄?、簡化然后得到的。目前，比較典型的模型有clough模型[1]，Takeda模型[2]等。但這些模型及參數(shù)的確定均主要針對(duì)鋼筋常規(guī)混凝土結(jié)構(gòu)，而活性粉末混凝土各項(xiàng)性能明顯優(yōu)于常規(guī)混凝土[3]，所以以往的這些傳統(tǒng)恢復(fù)力模型并不能完全適用于鋼筋活性粉末混凝土結(jié)構(gòu)。

一、骨架曲線模型

試驗(yàn)所得的7個(gè)試件的梁自由端荷載-位移滯回曲線和由各試件滯回曲線各滯回環(huán)峰值點(diǎn)連線構(gòu)成的骨架曲線如文獻(xiàn)[4]所示。可以發(fā)現(xiàn)，7個(gè)試件的荷載-位移關(guān)系曲線各不相同，不能用統(tǒng)一的公式進(jìn)行描述，所以本節(jié)考慮將7個(gè)試件滯回曲線中的各卸載點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，用（ ， ）表示。其中， 、 分別表示各卸載點(diǎn)梁端的荷載和對(duì)應(yīng)于 的位移; 、 分別表示試驗(yàn)測得的框架邊節(jié)點(diǎn)梁自由端所施加的最大豎向荷載和對(duì)應(yīng)于 的位移，“+”表示正向，“-”表示負(fù)向?？紤]到7個(gè)試件在屈服以后均存在剛度退化，本節(jié)建議將無量綱化處理的骨架曲線簡化為三折線型骨架曲線模型。其存在6個(gè)特征點(diǎn)，分別為正、反向加載的屈服點(diǎn) 和 、正、反向加載的荷載峰值點(diǎn) 和 及正、反向加載的破壞點(diǎn) 和 ，而為了描述該骨架曲線需要確定6個(gè)折線斜率，即：線段 和 的斜率，分別表示框架邊節(jié)點(diǎn)在彈性階段的彈性剛度，可以由7個(gè)試件在正、反向加載屈服前的卸載剛度點(diǎn)擬合求得;線段 和 的斜率，分別表示框架邊節(jié)點(diǎn)在塑性階段的塑性剛度，可以由7個(gè)試件在正、反向加載從屈服到達(dá)到極限荷載的卸載剛度點(diǎn)擬合求得;線段 和線段 的斜率，分別表示框架節(jié)點(diǎn)在強(qiáng)度退化階段的剛度，可以由7個(gè)試件在正、反向加載達(dá)到極限荷載后的卸載剛度點(diǎn)擬合求得。三折線型骨架曲線模型中各折線的擬合方程見表1。

二、剛度退化規(guī)律

試驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，7個(gè)試件在屈服前加載剛度和卸載剛度相同，而在屈服后均出現(xiàn)了不同程度的加載剛度退化和卸載剛度退化。本節(jié)針對(duì)這一試驗(yàn)現(xiàn)象給出了試件在擬靜力加載試驗(yàn)過程中在低周反復(fù)荷載作用下加載剛度退化規(guī)律和卸載剛度退化規(guī)律。本條將每一個(gè)滯回環(huán)簡化為4條折線[4]1。其中， 段表示正向卸載階段，對(duì)應(yīng)剛度為正向卸載剛度 ; 段表示反向加載階段，對(duì)應(yīng)剛度為反向加載剛度 ; 段表示反向卸載階段，對(duì)應(yīng)剛度為反向卸載剛度 ; 段表示正向加載階段，對(duì)應(yīng)剛度為正向加載剛度 。

（1）正向卸載剛度

三、滯回規(guī)則

鋼筋活性粉末混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)滯回規(guī)則為：

（1）框架邊節(jié)點(diǎn)在未屈服之前，不存在剛度退化，加載剛度和卸載剛度重合，加載和卸載路徑均沿恢復(fù)力模型骨架曲線的彈性段進(jìn)行;

（2）框架邊節(jié)點(diǎn)在屈服之后，存在剛度退化。將每一個(gè)正向卸載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位移代入式（2-1）求得正向卸載路徑的斜率，正向卸載路徑與x軸正半軸的交點(diǎn)就為正向卸載到力為零的點(diǎn);將正向卸載到力為零的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位移代入式（2-2）求得反向加載路徑的斜率，反向加載路徑與恢復(fù)力模型骨架曲線的交點(diǎn)就為反向卸載點(diǎn);將反向卸載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位移代入式

（3）反復(fù)第二步驟，就可以得到鋼筋活性粉末混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)的所有滯回曲線。

四、結(jié)論

本文在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，采用理論分析和數(shù)據(jù)擬合的方法，給出了鋼筋活性粉末混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)建議使用的骨架曲線模型和能反映鋼筋活性粉末混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)剛度退化規(guī)律的滯回規(guī)則。采用以上模型計(jì)算得到的骨架曲線和滯回曲線與實(shí)測結(jié)果吻合較好，能較好地反映出鋼筋活性粉末混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)的破壞過程和主要特征點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Clough R W，Johnston S B.Effect of stiffness degradation on earthquake ductility requirements[C].Proceedings of the 2nd Japan Earthquake Engineering Symposium.Tokyo，1966，227-232.

[2]Takeda T，Sozen M A，Nielson N N.Reinforced concrete response to stimulated earthquakes[J].Journal of structural division，ASCE，1970，1970（ST12）：2557-2572.

[3]Richard P，Cheyrezy M.Composition of Reactive Powder Concretes[J].Cement and Concrete Research.1995，25（7）：1501-1511.

[4]崔建華.鋼筋活性粉末混凝土框架邊節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究[D].吉林：東北電力大學(xué)，2017.

（作者單位：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局）