钢筋混凝土板柱节点冲切试验与有限元分析研究

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钢筋混凝土板柱结构是由柱直接支承楼板组成的承重结构体系。其优势众多,如在相同层高下提高结构净高、施工简便、节约模板、造价较低等,但由于板柱节点处需要承受来自板较大集中力的作用,在不配置柱帽、抗冲切钢筋等情况下节点处容易发生冲切破坏,导致板柱结构出现破坏,危害工程安全。本文进行了钢筋混凝土板柱节点冲切试验,设置纵向钢筋配筋率、混凝土强度为基本变量,通过试验结果来判断这些因素对板柱节点抗冲切性能的影响。结合已进行的钢筋混凝土板柱节点冲切试验,利用ABAQUS有限元软件进行分析。通过将试验所得的荷载-挠度曲线等试验结果与有限元模拟结果进行对比,以验证模拟结果的准确性。在验证了模拟结果准确性的基础上,通过数值分析探讨了配筋率、混凝土强度、纵筋屈服强度、设置柱帽和抗冲切钢筋对板柱节点抗冲切承载力和破坏模式的影响,并总结影响规律。论文研究的内容和结论如下:(1)设计并进行了4个钢筋混凝土板柱节点的冲切试验,其中变量采用了混凝土强度(C30,C60)、配筋率(1.28%,0.86%)。根据所进行的钢筋混凝土板柱节点冲切试验,对试验结果中的抗冲切承载力、挠度、钢筋应变、混凝土应变、破坏模式等数据进行了整理分析。(2)结合试验中获得的试验结果,运用ABAQUS有限元软件建立4个试验试件的数值模型并进行分析。通过模拟结果与试验结果的对比,验证了模拟结果的准确性。在验证了模拟结果准确性的基础上,进一步分析了混凝土强度、配筋率、纵筋屈服强度、抗冲切钢筋、柱帽对钢筋混凝土板柱节点抗冲切承载力和破坏模式的影响。结果显示混凝土强度、配筋率、纵筋屈服强度对试件承载力均有影响;布置抗冲切钢筋能够提升试件极限承载力(配置弯起钢筋和箍筋承载力提升幅度分别为26.23%和7.50%),其中配置弯起钢筋能增大板底纵筋的屈服范围与板底裂缝开展范围;柱帽对试件的抗冲切承载力有较大提升(承载力提升幅度为155.39%-227.22%)。(3)结合试验结果与模拟结果对5个国家和地区的板柱节点抗冲切承载力计算结果进行了评价。对比了在不同混凝土立方体抗压强度范围内、不同配筋率范围内,5个国家和地区承载力公式的精确度。在《混凝土结构设计规范GB50010-2010(2015)》公式的基础上采用SPSS软件进行回归分析,得到了考虑纵筋配筋率和屈服强度影响的修正公式。收集5个国内外节点破坏模式判别公式并进行了评价,结果发现R.Y.Xiao的判别公式准确度最高且考虑因素最为全面。
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