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摘要:目的 研究废弃玻璃混凝土梁柱十字节点的抗震性能。方法 采用有限元软件ABAQUS,通过改变废弃玻璃替代率、节点配箍率等参数,建立了6个在低周反复荷载作用下,废弃玻璃混凝土梁柱节点的模型。结果 得到了节点构件的滞回曲线及骨架曲线,观察节点的受力情况、破坏形态。结论 在梁端低周反复荷载作用下,废弃玻璃混凝土梁柱节点的承载力较普通混凝土出现降低的趋势,但降低的数值很小,与普通混凝土梁柱节点的抗震性能基本相似。
关键词:废弃玻璃混凝土;梁柱节点;有限元分析;抗震性能
废弃玻璃混凝土是指将收回的废弃玻璃经过人工的淘洗、烘干、碾碎后进行筛选,按一定级配取代普通混凝土中的细骨料天然河砂制备而成的[1]。本文根据对普通混凝土节点研究的基础上,利用ABAQUS对废弃玻璃混凝土梁柱节点的抗震性能进行了分析。
1有限元软件ABAQUS的材料本构模型
混凝土本构模型选用的ABAQUS中自带的塑性损伤模型。根据王志攀[2]等人所做的废弃玻璃钢筋混凝土短柱受压性能的实验,测得了废弃玻璃混凝土的基本力学性能参数,带入《混凝土结构设计规范》的公式计算,得到的C30混凝土、废弃玻璃替代率50%、100%混凝土的应力-应变关系曲线,如图1所示。钢筋采用的是双线性本构模型。
2 废弃玻璃混凝土梁柱节点的有限元建模
2.1 典型试件确定
根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)的规定,两种节点构件均采用“强柱弱梁”的设计原则,节点类型1采用了“弱梁、强柱、强节点”的设计原则,使梁端弯曲破坏先于柱端破坏和核心区破坏;节点类型2采用“强梁、强柱、弱节点”的设计原则,使核心区破坏先于柱端破坏和梁端破坏。
3 废弃玻璃混凝土梁柱节点的抗震性能
本文利用ABAQUS 建立了6个在低周反复荷载作用下的废弃玻璃混凝土梁柱节点的模型,它们的编号是由字母与数字组成的,如构件(ZJD-1-50%):ZJD表示梁柱十字中節点,1表示节点构件类型1,50% 表示废弃玻璃替代率为50%。
3.1废弃玻璃混凝土梁柱节点滞回曲线的分析
滞回曲线反映了结构在反复荷载作用下表现出的变形特性,又称变形恢复力曲线[3]。在梁端低周反复荷载作用下,6个废弃玻璃混凝土梁柱节点的滞回曲线如图4所示,它们均呈现梭形,形状较为饱满,耗能能力良好。出现明显的下降段,但都较为缓和,表明具有较良好的抗震性能。
3.2 废弃玻璃混凝土梁柱节点骨架曲线的分析
3.2.1 废弃玻璃替代率
图5(a)是节点构件1的骨架曲线,废弃玻璃替代率50%-混凝土要比普通混凝土节点的承载力降低4%-9%左右,出现峰值荷载的位移早2%左右;废弃玻璃替代率100%-混凝土要比普通混凝土节点的承载力降低1%-5%左右,出现峰值荷载的位移早3%左右,且在下降段时曲线较为陡峭,荷载降低速度稍快,进入破坏阶段时承载力下降速度才逐步减慢。图5(b)是节点构件2的骨架曲线,废弃玻璃替代率50%-混凝土与普通混凝土的曲线基本吻合。废弃玻璃替代率100%-混凝土在弹塑性阶段,相比普通混凝土承载力提高了20%-23%左右,但是进入破坏阶段之后,比普通混凝土节点的骨架曲线斜率更大,承载力降低的幅度也更大。但是总体来说,废弃玻璃混凝土与普通混凝土的抗震能力基本相似。
3.2.2 节点配箍率
由图6、图7可以看出,节点配箍率对荷载-位移骨架曲线的形状影响较大:在弹性阶段,曲线较为相似;在弹塑性阶段,节点构件2比节点构件1的承载力普遍提高了8%-12%:在破坏阶段,节点构件1曲线平缓,强度降低缓慢,表现出良好的变形能力,说明延性较高。而节点构件2的骨架曲线斜率较大,下降幅度较快。总体来说,节点构件1的抗震性要优于节点构件2,虽然节点构件2承载力较强,峰值荷载有所提高,但变形能力较差,延性出现降低,刚度退化明显。所以在实际工程中,应尽量避免节点构件2的核心区剪切破坏。
4 结论
(1)在梁端低周反复荷载作用下,6个混凝土梁柱节点的滞回曲线呈现梭形,出现下降段,但都非常缓和,表现出良好的延性和耗能性能。所有梁柱节点构件的荷载-位移骨架曲线都呈现上升段-强化段-下降段,曲线变化较为平稳,抗震性能良好。
(2)废弃玻璃混凝土节点比普通混凝土节点的承载力出现下降趋势,但降低数值较小,基本与普通混凝土梁柱节点的抗震性能相似。
参考文献:
[1] 张霓.玻璃混凝土力学与耐久性能的试验研究[D].沈阳建筑大学,2011.
(Zhang Ni.Experimental study glass mechanics and durability of concrete[D].Shenyang Jianzhu University 2011)
[2] 王凤池,王志攀,张庆博.玻璃混凝土的抗侵蚀性能[J].济南大学学报(自然科学版),2013,(02).
(Wang Fengchi,Wang Zhipan,Zhang Qingbo,Ding Junsheng.The erosion resistance of glass concrete [J].Journal of jinan university(Natural Science),2013(02))
[3] 柳炳康,黄慎江.钢筋混凝土框架梁柱偏心节点抗震性能的试验研究[J].建筑结构学报,1999, 5(20):50~58.
(Liu Bingkang,Huang Shenjiang .Reinforced concrete beam-column node seismic performance experimental research[J].Journal of building structures,1999,5(20):50~58.)
关键词:废弃玻璃混凝土;梁柱节点;有限元分析;抗震性能
废弃玻璃混凝土是指将收回的废弃玻璃经过人工的淘洗、烘干、碾碎后进行筛选,按一定级配取代普通混凝土中的细骨料天然河砂制备而成的[1]。本文根据对普通混凝土节点研究的基础上,利用ABAQUS对废弃玻璃混凝土梁柱节点的抗震性能进行了分析。
1有限元软件ABAQUS的材料本构模型
混凝土本构模型选用的ABAQUS中自带的塑性损伤模型。根据王志攀[2]等人所做的废弃玻璃钢筋混凝土短柱受压性能的实验,测得了废弃玻璃混凝土的基本力学性能参数,带入《混凝土结构设计规范》的公式计算,得到的C30混凝土、废弃玻璃替代率50%、100%混凝土的应力-应变关系曲线,如图1所示。钢筋采用的是双线性本构模型。
2 废弃玻璃混凝土梁柱节点的有限元建模
2.1 典型试件确定
根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)的规定,两种节点构件均采用“强柱弱梁”的设计原则,节点类型1采用了“弱梁、强柱、强节点”的设计原则,使梁端弯曲破坏先于柱端破坏和核心区破坏;节点类型2采用“强梁、强柱、弱节点”的设计原则,使核心区破坏先于柱端破坏和梁端破坏。
3 废弃玻璃混凝土梁柱节点的抗震性能
本文利用ABAQUS 建立了6个在低周反复荷载作用下的废弃玻璃混凝土梁柱节点的模型,它们的编号是由字母与数字组成的,如构件(ZJD-1-50%):ZJD表示梁柱十字中節点,1表示节点构件类型1,50% 表示废弃玻璃替代率为50%。
3.1废弃玻璃混凝土梁柱节点滞回曲线的分析
滞回曲线反映了结构在反复荷载作用下表现出的变形特性,又称变形恢复力曲线[3]。在梁端低周反复荷载作用下,6个废弃玻璃混凝土梁柱节点的滞回曲线如图4所示,它们均呈现梭形,形状较为饱满,耗能能力良好。出现明显的下降段,但都较为缓和,表明具有较良好的抗震性能。
3.2 废弃玻璃混凝土梁柱节点骨架曲线的分析
3.2.1 废弃玻璃替代率
图5(a)是节点构件1的骨架曲线,废弃玻璃替代率50%-混凝土要比普通混凝土节点的承载力降低4%-9%左右,出现峰值荷载的位移早2%左右;废弃玻璃替代率100%-混凝土要比普通混凝土节点的承载力降低1%-5%左右,出现峰值荷载的位移早3%左右,且在下降段时曲线较为陡峭,荷载降低速度稍快,进入破坏阶段时承载力下降速度才逐步减慢。图5(b)是节点构件2的骨架曲线,废弃玻璃替代率50%-混凝土与普通混凝土的曲线基本吻合。废弃玻璃替代率100%-混凝土在弹塑性阶段,相比普通混凝土承载力提高了20%-23%左右,但是进入破坏阶段之后,比普通混凝土节点的骨架曲线斜率更大,承载力降低的幅度也更大。但是总体来说,废弃玻璃混凝土与普通混凝土的抗震能力基本相似。
3.2.2 节点配箍率
由图6、图7可以看出,节点配箍率对荷载-位移骨架曲线的形状影响较大:在弹性阶段,曲线较为相似;在弹塑性阶段,节点构件2比节点构件1的承载力普遍提高了8%-12%:在破坏阶段,节点构件1曲线平缓,强度降低缓慢,表现出良好的变形能力,说明延性较高。而节点构件2的骨架曲线斜率较大,下降幅度较快。总体来说,节点构件1的抗震性要优于节点构件2,虽然节点构件2承载力较强,峰值荷载有所提高,但变形能力较差,延性出现降低,刚度退化明显。所以在实际工程中,应尽量避免节点构件2的核心区剪切破坏。
4 结论
(1)在梁端低周反复荷载作用下,6个混凝土梁柱节点的滞回曲线呈现梭形,出现下降段,但都非常缓和,表现出良好的延性和耗能性能。所有梁柱节点构件的荷载-位移骨架曲线都呈现上升段-强化段-下降段,曲线变化较为平稳,抗震性能良好。
(2)废弃玻璃混凝土节点比普通混凝土节点的承载力出现下降趋势,但降低数值较小,基本与普通混凝土梁柱节点的抗震性能相似。
参考文献:
[1] 张霓.玻璃混凝土力学与耐久性能的试验研究[D].沈阳建筑大学,2011.
(Zhang Ni.Experimental study glass mechanics and durability of concrete[D].Shenyang Jianzhu University 2011)
[2] 王凤池,王志攀,张庆博.玻璃混凝土的抗侵蚀性能[J].济南大学学报(自然科学版),2013,(02).
(Wang Fengchi,Wang Zhipan,Zhang Qingbo,Ding Junsheng.The erosion resistance of glass concrete [J].Journal of jinan university(Natural Science),2013(02))
[3] 柳炳康,黄慎江.钢筋混凝土框架梁柱偏心节点抗震性能的试验研究[J].建筑结构学报,1999, 5(20):50~58.
(Liu Bingkang,Huang Shenjiang .Reinforced concrete beam-column node seismic performance experimental research[J].Journal of building structures,1999,5(20):50~58.)