一种新型混凝土管梁柱节点受力性能分析

聂净虎：一种新型混凝土管梁柱节点受力性能分析　４１　一种新型混凝土管梁柱节点受力性能分析　聂净虎　（天津大学建筑工程学院．　天津３０００７２）　【摘要】　提出了一种新型混凝土管梁柱节点——梁筋穿心式节点，借助ＡＢＡＱＵＳ软件，建立了混凝土管梁　柱节点模型以及普通混凝土梁柱节点对比模型，进行竖向加载、单向水平加载和水平低周反复加载。研究得出管　柱节点比普通节点竖向承载力高１７．５％，水平承载力相差不多，低周反复加载下的位移一柱端荷载滞回曲线饱满　度略差。　【关键词】混凝土管柱；承载力；穿心式节点；抗震性能　【中图分类号】ＴＵ３７５．１　【文献标识码】Ｂ　【文章编号】１００１—６８６４｛２０１３）０３—００４１—０２　ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ｏＮ　ＴＨＥ　ＲＥＳＩｓＴＡＮＣＥ　ＣＡＰＡＢⅡ　ｒＴＹ　ｏＦ　Ａ　ＮＥＷ　ＰＲＥＣＡＳＴ　ＣｏＮＣＲＥｒＥ　ＰⅡ．Ｅ　ＣｏＬＵＭ　ＮＩＥ　Ｊｉｎｇ－ｈｕ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉ，Ｔｉａｎｊｉａｎ　Ｕｎｉｖ．，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｅｗ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｊｏｉｎｔ　ｆｏｒ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｔｕｂｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ａｎｄ　ｂｅａｍ—ｂｅａｍ　ｂａｒ　ｃｒｏｓｓ—ｃｏｒｅ　ｔｙｐｅ　ｊｏｉｎｔ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｔｕｂｅ　ｂｅａｍ—ｃｏｌｕｍｎ　ｊｏｉｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｃｏｍｍｏｎ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｅａｍ—ｃｏｌｕｍｎ　ｊｏｉｎｔ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｍｏｄｅｌ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｂｙ　ＦＥＭ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＡＢＡＱＵＳ，ｔｏ　ｃｏｎｄｕｃｔ　ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｌｏａｄｉｎｇ，ｔｈｅ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｌｏｗ　ｃｙｃｌｉｃ　ｌｏａｄｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｕｂｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ｊｏｉｎｔ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎ　ｊｏｉｎｔ　ｂｙ　１７．５％，ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｒｅ　ｎｏｔ　ｓｉｇ—　ｎｉｉｆｃａｎｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｈｔｅ　ｐｌｕｍｐｎｅｓｓ　ｏｆ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｒｎｔ—ｃｏｌｕｍｎ　ｅｎｄ　ｌｏａｄ　ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ　ｕｎｄｅｒ　ｌｏｗ　ｒｅｖｅｒｓｅｄ　ｃｙｃｌｉｃ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｉｓ　ｓｌｉｇｈｄｙ　ｐｏｏｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｔｕｂｅ　ｃｏｌｕｍｎ；ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ；ＣＲＯＳＳ—ｃｏｒｅ　ｔｙｐｅ　ｊｏｉｎｔ；ｓｅｉｓｍｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　预制混凝土管柱…作为一种新型组合结构会在　４０００ｋＮ），柱采用外径６００１ｎｌｎ，壁厚８０ｒａｍ预制混凝土　建筑工程领域得到广泛的应用。作为框架结构柱，预　管柱，混凝土Ｃ６０，纵筋１６　ｌ４，箍筋　１０＠１００，柱芯　制混凝土管柱结构与梁系连接节点的设计是应用中　混凝土采用Ｃ３０素混凝土。梁截面３００ｒａｍ　ｘ７００ｒａｍ，　首先要解决的问题。基于对梁柱节点的研究，并参考　混凝土Ｃ３０，纵筋８　Ｏ，箍筋螂＠１００，节点尺寸７．２ｍ　钢管混凝土与梁系连接节点的设计型式，设计了一种　ｘ７．１ｍ。纵筋及箍筋采用ＨＲＢ３３５。节点形状见图１　新型混凝土管梁柱节点——穿心式节点。即在节点　所示。　区预制混凝土管上开小孔，使钢筋混凝土梁的纵筋能　１．１　竖向荷载作用下的受力性能模拟　穿过预制混凝土管，以保证剪力和弯矩在节点区的　在施加竖向荷载时。节点的边界条件为柱两端为　传递。　铰接，两个梁端面自由无约束。在模型中通过约束柱　利用ＡＢＡＱＵＳ软件，对预制混凝土管梁柱节点的　端底面的　向、Ｙ向和　向的位移，柱顶端面　向、　向　受力性能进行了非线性有限元研究。考虑了竖向荷　位移和绕Ｙ轴的转动来实现。加载方式采用在柱端的　载、单向水平荷载以及低周往复荷载作用下的受力和　位移控制加载。　变形性能，并与普通梁柱节点进行了对比。　１．２单向水平荷载作用下的受力性能模拟　１　有限元计算模型　模型中单向水平荷载作用下的边界条件为约束　采用ＡＢＡＱＵＳ　提供的混凝土塑性损伤模型　柱底端面　向、Ｙ向和　向位移，钢筋混凝土梁两端面　（Ｄａｍａｇｅｄ　ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ｆｏｒ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ），对预制混凝土　约束Ｙ向、：向位移和绕　轴的转动。采用柱端位移控　管梁柱节点的受力性能进行了研究。　制加载。　基于某工程结构尺寸及荷载（轴力设计值　１．３低周反复荷载作用下受力性能模拟　４２　低温建筑技术　２０１３年第３期（总第１７７期）　边界条件同单向水平加载，在柱顶端施加Ｘ方向　骤，第一步在柱顶端施加轴向压力Ⅳ０，第二步保持Ⅳ０　不变，在柱顶施加　向往复位移荷载，加载制度见　图２。　Ｎ】　耨挺　位移荷载，得到节点的水平极限承载力Ｐ　及屈服位移　△，（０．７Ｐ　。对应的位移）　引。往复荷载施加分两个步　８　Ｚ　４　ｌｍ　—０　４　暴　枢　１２　ｌ６　２Ｏ　－８　０　４　８　＼／　循环次数　图１节点尺寸　图２加载制度　位移／ｍ　图３竖向承载力一位移曲线　２有限元计算结果分析　曲线，可以看出二者承载力相差不大，穿心节点的屈　服位移要大一些，变形性能较好。　２．３低周反复荷载作用下性能分析　模型计算结果Ｎｕ＝７２３０ｋＮ，水平极限承载力Ｐ　＝２．１　竖向荷载作用下的受力性能分析　图３所示为两种节点在竖向荷载作用下的承载力　一位移曲线，从曲线中可以得出穿心节点比普通节点　承载力要高１７．５％，但变形性能要差一些。　２．２水平荷载作用下受力性能分析　图４为两种节点在单向水平荷载下的承载力一位移　５０．７ｋＮ，／ｔ　＝６ｒａｍ。Ｎｏ取为４０００ｋＮ（轴压比　０．５５）。往复加载得到的位移一柱端荷载滞回曲线如　图５所示。　△一～　．川堋　一　～Ｉ＿　一　位移，ｍ　位移，ｍｍ　（ａ）普通节点　位移Ｉｍｍ　（ｈ）穿心节点　图４水平承载力一位移曲线　图５两种节点的位移一柱靖荷载滞回曲线　图５为两种节点在反复荷载作用下的位移一柱端　荷载滞回曲线，是结构在反复荷载下受力性能的综合　反映，是结构抗震性能的综合表现之一　。从图上可　饱满度略差，捏拢现象不明显，耗能性能较好。　以看出，当往复荷载超过屈服荷载时，节点在相同位　移下水平承载力出现下降，加载曲线斜率下降，表明　混凝土出现了损伤。且随着位移的增大，损伤现象越　来越明显，承载力降低程度越大。穿心节点的滞回曲　线较普通节点饱满度略差，但捏拢现象不明显，说明　预制混凝土管梁柱穿心节点有较好的耗能性能。　３结语　参考文献　［１］　丁红岩，张浦阳．一种新型预制混凝土管柱结构及其施工方　法［Ｐ］．中国专利：２０１１１０３６１０６０．２，０１ｌ—ｌ１一ｌ２５．　［２］庄茁，张帆，岑松．ＡＢＡＱＵＳ非线性有限元分析与实例［Ｍ］．　北京：科学出版社，２００５．　［３】韩林海，陶忠，王文达．现代组合结构和混合结构——试验、理　论和方法［Ｍ］．北京：科学出版社，２００９．　［４］朱伯龙．结构抗震试验［Ｍ］．北京：地震出版社，１９８９．　［收稿日期】２０１２—１１—２６　［作者简介】聂净虎（１９８６一），男，河北赵县人，硕士研究生，　研究方向：混凝土结构。　通过ＡＢＡＱＵＳ有限元分析，得出竖向荷载作用下　预制混凝土管梁柱穿心式节点较普通节点具有较高　的承载力，但延性较差；水平荷载作用下，承载力相差　不大，变形性能更好；低周反复荷载作用下，滞回曲线