RC梁柱节点抗剪机理及承载力计算方法综述

对国内外关于框架结构中梁柱节点抗震性能研究成果进行总结归纳,分析了加载过程中节点的破坏形态及其抗剪机理,总结了典型的梁柱节点抗剪承载力计算模型,并基于各国规范对比了现有的抗剪承载力计算模型的适用性。对比了美国规范ACI 318-19、欧洲规范EC2的抗剪承载力计算的差异,指出了《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)建议的梁柱节点抗剪承载力计算结果相对保守。建议适量增加节点核心区配箍率,从而提高钢筋与核心区混凝土的粘结性能,减少纵筋的粘结滑移现象。

方形耐候钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为研究方形耐候钢管混凝土短柱的轴压力学性能,首先设计并开展了4根轴压短柱试验研究。进而采用Abaqus有限元软件建立方形耐候钢管混凝土短柱有限元模型并进行数值分析。数值模拟结果表明,轴压短柱直至破坏共经历了3个阶段:弹性段、弹塑性段和破坏段。其破坏模式均为柱中局部屈曲。耐候钢拉伸性能试验特征与低碳钢的力学性能相近,有限元建模采用低碳钢本构关系可准确模拟方形耐候钢管混凝土短柱的轴压力学性能。钢管内焊接拉筋能有效改善钢管对核心混凝土的约束作用,进而提高轴压短柱的极限承载力和延性。最后,方形耐候钢管混凝土短柱轴压力学性能与普通钢管混凝土短柱无异。

钢筋混凝土框架中节点受剪性能计算的改进拉压杆模型

梁柱节点是框架结构中承受和传递荷载的关键部位。框架节点抗震性能试验研究表明,高剪应力的作用下,节点核心区通常产生显著的非弹性剪切变形。采用数值模拟研究钢筋混凝土梁柱节点抗剪性能时,正确地计算节点核心区剪应力-剪应变关系是有限元分析成功实施的关键。基于梁柱节点抗震性能试验中节点核心区的受力变形特征,提出了基于变形的改进拉压杆模型,推导了节点剪应力-剪应变(τ-γ)关系曲线的计算方法。以多组梁柱节点低周反复加载试验结果为依据,对比分析斜压杆模型与基于变形的改进拉压杆模型的计算结果,校核了基于变形的改进拉压杆模型计算准确性和适用性。结果表明:与斜压杆模型相比,基于变形的改进拉压杆模型能有效预测钢筋混凝土框架中间层中节点的τ-γ骨架曲线,能较准确地计算节点峰值剪应力。

非比例阻尼体系等效Rayleigh阻尼模型时域计算方法

Rayleigh阻尼模型具有数学简易性的优点,应用广泛,其阻尼矩阵构造依赖于结构模态阻尼比。结构阻尼(复阻尼)模型的阻尼矩阵直接由材料损耗因子和刚度矩阵决定,在非比例阻尼体系中具有阻尼矩阵便于构造的优点,但存在时域计算结果发散、初值条件不易确定和频响函数非因果等缺陷。本研究结合两种阻尼模型的优点,分别依据阻尼衰减和阻尼耗能,提出了与结构阻尼模型等效的Rayleigh阻尼模型。算例分析结果表明:等效Rayleigh阻尼模型克服了结构阻尼模型的缺陷,同时保留了非比例阻尼体系中阻尼矩阵易构造的优点;与基于阻尼衰减等效的Rayleigh阻尼模型相比,基于阻尼耗能等效的Rayleigh阻尼模型计算结果近似相等,但避免了复模态分析,且计算过程直观简单。

矩形钢管混凝土中长柱轴压性能研究

为研究矩形钢管混凝土中长柱的轴压性能,基于合理的混凝土和钢材本构模型,采用有限元软件ABAQUS建立三维实体精细化足尺中长柱有限元模型,该模型考虑钢管与混凝土之间相互作用、初始缺陷。试验结果验证了该方法的准确性。在此基础上,全面分析了中长柱加载过程的变形规律,详细考察了中长柱破坏模式,进而揭示了矩形钢管与核心混凝土之间的相互作用。最后,探讨了混凝土强度、钢材屈服强度、截面含钢率、截面长宽比以及长细比对矩形钢管混凝土轴压中长柱稳定系数的影响。研究表明:长细比对矩形钢管混凝土中长柱稳定性影响较大,其次是截面含钢率,而混凝土强度、钢材屈服强度和截面长宽比的影响非常小,可忽略不计。

考虑节点非弹性变形的RC框架地震反应分析

钢筋混凝土梁柱组合体试验结果表明节点内纵筋滑移和节点剪切变形对组合体的抗震性能有明显影响,但框架的非弹性地震反应分析一般忽略了节点非弹性变形的影响.为了模拟节点区非弹性变形的影响,在纤维模型基础上采用在梁端附加零长度截面单元的方法,并通过σ-s本构模型考虑节点内梁纵筋粘结滑移,以及通过σ-sslip-shear本构模型同时考虑节点内纵筋滑移和节点剪切变形.考察了典型平面框架在罕遇地震下的非线性反应,对比分析了节点非弹性变形对框架整体和局部反应的影响.结果表明,考虑节点非弹性变形之后结构的最大顶点位移、最大层间位移角将增大或仅略有变化,梁端、柱端塑性铰数量将减少,梁、柱的转角延性需求总体而言将减小;地震作用下框架节点距离剪切失效尚有一定安全储备.框架地震反应大时忽略节点非弹性变形将导致明显误差,地震反应较小时可采用不考虑节点非弹性变形的常规有限元分析模型.

钢筋钢纤维混凝土梁柱节点模型化方法研究

为研究钢筋钢纤维混凝土梁柱节点抗震性能数值模拟方法,基于OpenSEES有限元平台中的梁柱节点单元(beam-column joint element,BCJE)模型,通过修正模型中剪切块和钢筋滑移弹簧的参数修正方法,提出适用于钢筋钢纤维混凝土梁柱节点的数值模型,并基于6个梁柱节点的拟静力试验结果进行模型验证分析,数值模拟结果与试验结果吻合较好,提出的数值模型能够较精确地反映节点滞回行为。在此基础上,分析了轴压比、钢纤维体积率和配箍量对梁柱节点抗震性能的影响规律,建立了节点受剪承载力的计算公式。结果表明:掺入钢纤维和增加配箍可明显改善梁柱节点的抗震性能,钢纤维体积率从0.5%增加到2.0%,极限荷载提高了18%;箍筋从1Φ8增加到3Φ8时,极限荷载提高了19.7%。

基于超级节点模型的框架结构地震反应分析

众多钢筋混凝土梁柱组合体试验结果表明,节点内梁纵筋黏结滑移和节点区剪切变形对组合体试件的抗震性能有明显影响,但钢筋混凝土框架结构的非线性地震反应分析一般采用刚性节点假定,在有限元模型中忽略了上述两种节点非弹性变形的影响。基于OpenSees分析平台,采用较为精细的“超级节点单元模型”模拟节点非弹性反应,以典型平面框架结构为例分别建立考虑节点非弹性变形、不考虑节点变形的有限元模型,对比两个框架有限元模型在7条地震波作用下的整体、局部反应计算结果。分析结果表明:相对于不考虑节点变形的有限元模型,考虑节点非弹性变形后框架顶点位移最大值变化不明显,层间位移角最大值略有减小;由于部分梁端非弹性变形转移到节点区,杆端出铰率、转角延性系数减小;按中国现行规范设计的8度0.2 g区二级抗震框架在大震下一般不会出现节点剪切失效。

基于滞变阻尼模型的时域计算方法

复阻尼时域运动方程的自由振动解中包含发散项,导致时域数值计算结果不能稳定收敛。在复阻尼模型的频域运动方程基础上可得到滞变阻尼模型的时域运动方程。针对滞变阻尼模型的特点,依据复平面法和地震加速度的三角级数表达式,该文提出了滞变阻尼模型的时域理论计算方法;假定时间步长内结构的振动响应为简谐振动响应,同时借助于常平均加速度法,提出了滞变阻尼模型的时域数值计算方法。算例分析表明,与复阻尼模型的时域数值计算方法相比,滞变阻尼模型的时域理论计算方法和时域数值计算方法可有效避免时域发散现象;滞变阻尼模型的时域理论计算结果和时域数值计算结果与复阻尼模型的频域计算结果近似相等,进一步证明了该文方法的正确性。

基于裂缝分布特征的RC框架中间节点受剪性能计算拉压杆模型

大量钢筋混凝土梁柱组合体抗震性能试验表明,梁柱节点剪压比较大时核心区混凝土在受力后期一般将出现明显的非线性剪切变形。采用有限元方法模拟节点的受力规律时,正确计算节点区的剪应力-剪应变关系是有限元模型合理、非线性变形计算结果准确、可靠的基础和前提;基于梁柱组合体试验中节点裂缝的发展过程和分布规律,提出了一种基于裂缝分布特征的拉压杆模型,推导了相应的剪应力-剪应变骨架曲线的计算方法;在OpenSees软件中的超级节点单元的基础上,将节点的剪应力-剪应变骨架曲线的计算结果用于多个典型梁柱组合体抗震试验的有限元模拟分析之中。通过将节点剪切块的剪应力-剪应变滞回曲线、梁端力-位移滞回曲线的模拟结果与试验结果进行比较,验证了该模型的适用性和有效性。

混凝土框架中间节点改进斜压杆模型及定参方法

采用斜压杆模型计算钢筋混凝土框架中间层中节点的抗剪承载力或节点核心区的剪应力-剪应变关系具有构形简单、计算方便的优势。斜压杆模型的关键问题之一是斜压杆横截面尺寸的确定。针对现有斜压杆模型一般不考虑节点核心区混凝土斜压杆在受力过程中存在的应力扩散现象,或仅考虑单方向应力扩散的不足,本文在有代表性的斜压杆模型基础上,提出了考虑斜压杆双向应力扩散影响的改进斜压杆模型,建议了考虑节点轴压比、剪压比、配箍率和梁柱宽度比影响的斜压杆应力扩散长度系数确定方法,并采用多个梁柱组合体抗震性能试验结果对该改进模型进行了校核。结果表明,该改进斜压杆模型能更有效地预测节点的剪应力-剪应变骨架曲线。

基于复阻尼模型的时域数值计算方法

复阻尼模型的时域运动方程通解中包含有发散项,导致传统的逐步积分法计算结果不能稳定收敛。为克服该缺点,引入地震加速度在时间步长内是线性变化的假定,利用复化对偶原则,提出了复阻尼模型的时域数值计算方法,可在时间步长内剔除发散项,保证了时域计算结果的稳定收敛。在此基础上,结合模态叠加法,进一步提出了多自由度体系的时域数值方法。算例分析表明:复阻尼模型的时域数值计算结果与谐波作用下时域解析算法、地震动作用下频域法的计算结果近似相等,证明了方法的正确性;对于钢筋混凝土框架结构,复阻尼模型的时域计算结果与黏性阻尼模型近似相等。

梁柱节点剪切变形计算模型基本假定的校核

现有钢筋混凝土梁柱节点的剪切变形计算模型包含两个基本假定,即矩形的节点核心区发生剪切变形后变为平行四边形,以及4个角点沿矩形原对角线伸长或缩短,且对角线不转动。基于ABAQUS有限元软件,以多组钢筋混凝土梁柱组合体试验结果为依据,对有限元模型的合理性进行了校核,并在此基础上对单调加载和反复加载下钢筋混凝土中间层中节点的受力性能进行了模拟。提取了变形后节点核心区4个角点的坐标数列,根据几何关系直接计算了节点剪切变形,并将其与试验实测结果进行了对比,验证了节点剪切变形计算模型基本假定的合理性。分析结果表明,计算模型采用的平行四边形假定是合理的,但对角线不转动假定存在一定误差。节点对角线转动角度将影响梁端、柱端方向的节点剪切角的计算精度,建议对现有节点剪切变形计算公式进行修正。

改进频率相关黏性阻尼模型的时程计算方法

复阻尼模型的时域计算结果不能稳定收敛.迟滞阻尼模型存在能量耗散与实际不符以及非线性的缺陷.针对复阻尼模型和迟滞阻尼模型的缺陷,本文依据频域转化原则得到了频率相关黏性阻尼模型.为实现结构体系的时程计算,基于加速度与位移的关系假定,进一步得到了改进频率相关黏性阻尼模型.改进频率相关黏性模型保留了结构每周期耗散能量与外激励频率无关的优点,同时克服了迟滞阻尼模型中能量耗散与实际不符的缺陷,还保证了单一振动频率下单自由度结构的线性特征.假定时间步长内结构处于单一频率的简谐振动,引入常平均加速度法,提出了单自由度体系的时程计算方法.在此基础上,结合模态叠加法,推导了多自由度体系的时程计算公式.算例结果表明,改进频率相关黏性阻尼模型可克服复阻尼模型频域法的缺陷,同时有效避免复阻尼模型时域法计算结果的发散现象.

大数据的技术影响下机械制造业的前瞻

随着物联网以及5G网络的逐渐普及,大数据技术的重要性显得越来越高,并且深入了社会的方方面面,机械制造行业作为工业的基础,也受到了深远的影响,由此而来产生的数据也出现了几何级别的增长,于是大数据技术也成为了各种领域研究的热点。大数据技术为了和机械制造领域的应用紧密的结合起来,则需要一系列系统完整科学的理论和方法来应对当前局面下所遇到的挑战。

梁柱节点的单元模型校准与其组合体试验方法对比

梁柱节点是钢筋混凝土结构中受力性能复杂的重要部位,其有限元模型的合理性是结构非线性数值模拟成功实施的关键。在OpenSees结构分析平台上,以力学模型较为细化的梁柱节点单元(beam-column joint element)模型为研究对象,在合理确定梁柱节点单元各分量的参数取值方法的基础上,分别以多组钢筋混凝土梁柱组合体试件的梁端加载、柱端加载试验结果为依据,对有限元模拟结果的准确性进行校准,并在此基础上分析了同一组合体试件分别采用梁端加载、柱端加载两种试验方法时模拟结果的差别。结果表明:梁柱节点单元中模拟节点内纵筋滑移分量的材料模型存在较明显误差,当滑移较小时,模拟结果有相对较好的精度;当梁纵筋滑移量较大时,模拟的组合体整体滞回性能与试验结果相比误差较大;当梁、柱纵筋黏结滑移值较小时,同一组合体试件在梁端加载、柱端加载两种试验方法下的节点非弹性变形相近。

钢筋混凝土中间层边节点模型化方法研究

钢筋混凝土梁柱节点区非弹性变形包括梁纵筋黏结滑移和节点核心区剪切变形,对钢筋混凝土梁柱组合体的受力性能影响较大,在有限元模型中合理地考虑节点区的这两种非弹性变形是数值计算的难点和关键。利用OpenSees结构分析平台中的梁柱节点单元,根据中间层边节点的受力特点和试验结果,通过对钢筋滑移分量和剪切块分量的计算模型、参数计算方法进行改进,提出了修正梁柱节点单元模型,并以多组试验结果为依据,校核了修正梁柱节点单元模型计算的准确性和适用性。分析结果表明:修正梁柱节点单元模型能有效模拟中间层边节点的整体受力性能和局部非弹性变形特性;改进的梁纵筋滑移模型能更合理地模拟贯穿节点梁纵筋的受力特性;改进的剪切块计算模型能准确模拟节点核心区的剪应力大小,以及两个不同加载方向的节点剪应力差异。