框架結(jié)構(gòu)“強(qiáng)柱弱梁”屈服機(jī)制研究

郭靳時(shí)，段 延，李 睿

(吉林建筑大學(xué)，吉林 長春 130118)

0 前 言

國內(nèi)多層民用建筑設(shè)計(jì)中因框架結(jié)構(gòu)具有更加靈活的分配空間，具有結(jié)構(gòu)整體性好等優(yōu)點(diǎn)，因而尤為常用，但框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中且側(cè)向剛度小，屬柔性結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)地震作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大水平位移，易發(fā)生嚴(yán)重的非結(jié)構(gòu)性破壞。

1989年的抗震規(guī)范中，針對“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)，提出“強(qiáng)柱弱梁”的理想破壞形式。對于如何改善結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)使其滿足設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，如何使其在地震中有較多的“強(qiáng)柱弱梁”的破壞發(fā)生，國內(nèi)外多位研究員[1-2]針對本問題從不同角度提出了解決方法，張潔[3]通過對樓板開角縫和無角縫兩種模型分析了樓板設(shè)置有角縫可易使結(jié)構(gòu)滿足“強(qiáng)柱弱梁”破壞機(jī)制條件。

本文創(chuàng)建普通框架與樓板開邊縫框架兩種模型，利用ABAQUS分析軟件分析計(jì)算，樓板開縫框架在地震作用下的屈服機(jī)制。

1 框架結(jié)構(gòu)樓板開邊縫的有限元模型

1.1 模型概況

設(shè)計(jì)一棟3層2×3跨的框架結(jié)構(gòu)，模型甲的層高為3 300 mm，X方向梁跨7 200 mm，Y方向梁跨3 600 mm，100 mm的樓板厚度，500 mm×500 mm的柱截面,模型乙在甲的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上在樓板與框架柱、框架梁的連接處增設(shè)15 mm的縫，示意圖如圖1所示。

圖1 開縫布置圖

1.2 材料計(jì)算參數(shù)

均采用質(zhì)量密度為2 400 kg/m3的C30混凝土，縱筋使用彈性模量為2.00×105N/mm2的HRB400級鋼筋，箍筋使用彈性模量為2.10×105N/mm2的HPB300級鋼筋，泊松比為0.3，鋼筋的質(zhì)量密度為7 800 kg/m3。

1.3 模型的建立

通過八節(jié)點(diǎn)三維實(shí)體線性壓縮積分單元(C3D8R)，如圖2所示，模擬試件中單元選擇。

圖2 C3D8R單元

模型中鋼筋均用兩節(jié)點(diǎn)三維桁架單元(T3D2)，如圖3所示。

圖3 T3D2單元

通過材料模板確定參數(shù)，經(jīng)組裝后應(yīng)用旋轉(zhuǎn)，平移裝配方法建立整體模型。為實(shí)現(xiàn)模擬與實(shí)驗(yàn)同步類似，綁定(Tie)命令用于實(shí)現(xiàn)一層柱頂部與二層柱底部，梁柱接觸面，次梁與主梁的連接。最后進(jìn)行種子布置和網(wǎng)格劃分。

2 樓板開縫混凝土應(yīng)力分析

2.1 EL波作用對比分析

對比分析在EL波作用下，樓板開縫框架和普通框架結(jié)構(gòu)的混凝土應(yīng)力云圖，如圖4～5所示。應(yīng)力應(yīng)變云圖可以直觀地反映出結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特征。

圖4 樓板開縫框架云圖

圖5 普通樓板框架云圖

2.2 多種地震波作用

根據(jù)規(guī)范另增選天津波、人工波兩種不同地震波對樓板開邊縫框架結(jié)構(gòu)作用下，得到混凝土在縱向鋼筋達(dá)到最大應(yīng)力時(shí)的應(yīng)力分析云圖，如圖6～7所示。

圖6 天津波作用下混凝土損傷云圖

圖7 人工波作用下混凝土損傷云圖

3 結(jié) 論

通過本文對比分析，相較于普通框架結(jié)構(gòu)，樓板開縫框架結(jié)構(gòu)使梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)力更加分散，梁端應(yīng)力更加集中，而柱端混凝土只出現(xiàn)輕微受損，因此開縫措施更利于塑性鉸的形成，對結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”破壞機(jī)制有改善效果。

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