鋼纖維混凝土塑性鉸節(jié)點(diǎn)抗震性能研究

摘鋼纖維混凝土以其優(yōu)良的抗拉、抗彎、抗剪、摘鋼纖維混凝土以其優(yōu)良的抗拉、抗彎、抗剪、抗裂、阻裂、耐沖擊、抗勞和高韌性等性能得到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的極大重視，并在工程界得到了廣泛應(yīng)用在結(jié)構(gòu)抗震領(lǐng)域，利用鋼纖維來(lái)局部增強(qiáng)框架節(jié)點(diǎn)以改善其抗震性能一直是纖維混凝土應(yīng)用的熱點(diǎn)問(wèn)題。但是，目前的研究主要集中在通過(guò)將鋼纖維摻到節(jié)點(diǎn)核心區(qū)中來(lái)提高節(jié)點(diǎn)抗震性能?？紤]到塑性鉸的性能對(duì)于框架節(jié)點(diǎn)的震性能有著重要影響，本文通過(guò)將鋼纖維摻入到節(jié)點(diǎn)梁端塑性鉸區(qū)域，利用優(yōu)良的性能來(lái)提高塑性鉸的耗能能力以及結(jié)構(gòu)的延性，從而提高整個(gè)梁柱節(jié)的抗震性能。主要研究工作分為兩部分(1)通過(guò)一個(gè)普通混凝土節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)在梁端塑性鉸不同位置加入鋼纖維梁端鋼纖維混凝土塑性鉸梁柱節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的對(duì)比試驗(yàn)，綜合較三個(gè)節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)、滯回特性、骨架曲線、延性性能、耗能能力等方面抗震性能，分析梁端鋼纖維混凝土塑性鉸對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響與改善用(2)利用大型有限元分析軟件ANSYS，對(duì)三個(gè)不同節(jié)點(diǎn)分別建模、加及非線性計(jì)算分析，對(duì)比其計(jì)算結(jié)果，并同試驗(yàn)結(jié)果相比較，綜合評(píng)價(jià)梁端纖維混凝土塑性鉸梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能其屈服后剛度的下降速度，改善整個(gè)節(jié)點(diǎn)的延性，但對(duì)節(jié)點(diǎn)極限承載力提高關(guān)鍵詞：節(jié)點(diǎn)，鋼纖維混凝土，塑性鉸，低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，有限Steelfiberreinforcedconcreteisanewtypematerialisinthefieldofcivilengineering，bothinChinaandabroad，owingits resistance，shockproof,fatiguenaturallyahotspotfortheapplicationoffiberreinforcedintheseismicstructureandtheproblemSteelfiberreinforcedconcreteisanewtypematerialisinthefieldofcivilengineering，bothinChinaandabroad，owingits resistance，shockproof,fatiguenaturallyahotspotfortheapplicationoffiberreinforcedintheseismicstructureandtheproblemishowtousesteelfiberpartiallyofbeam—columnjointofthestructure．MostthesteelfiberintotheconcreteofcoreFromanotherpointofview,inthisfiberwasmixedintotheconcreteofjointtoimprovethecapacityofenergydissipationofplasticandtheductilityofthestructure．Thecontentsofthedissertationcarlbedivided comparableexperimentalstudyofODecommonjointandtheotherjointsbeam-endsteelfiberCOnCreteunderload，thebehaviorsuchthepattern，hysteresisandtheinfluencedissipationwerecomparedofbeam—endsteelfiber earthquake-resistingplastichingewerefinitedifferentmodelssoftware---thetheoreticalloadedonanalyzed．Bybeam—steelfiberconcretehingebeam-endsteelnumericalresultsthestiffnessofthejointaSwellreinforcedcouldtheductilityofdelaythestiffnessdegradationafterthejointwasyielded，SOwasalsofoundthatbeam-endsteelfiberdidnothaveinfluencelimitofdidnothaveinfluencelimitofimprovementstrengthoftheKeyWords：steelfiberfiniteelement學(xué)位論文版權(quán)使本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收學(xué)位論文版權(quán)使本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)同意如下各項(xiàng)內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子本；學(xué)校有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文；學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及本學(xué)位論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國(guó)關(guān)部門或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的提下，學(xué)校可以適當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部?jī)?nèi)容用于學(xué)術(shù)活學(xué)位論文作者簽名：jf加石年歲月一年解密后經(jīng)指導(dǎo)教師同意，本學(xué)位論文屬于保密，本授權(quán)書學(xué)位論文作者簽名指導(dǎo)教師年月日年月曰同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下研究工作所取得蛇成果。賒文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、己公開發(fā)表或者沒(méi)有公開發(fā)作品的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明簽名：彳獅沙占年歲月，7第1章1．1概在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中，多高層框架結(jié)構(gòu)第1章1．1概在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中，多高層框架結(jié)構(gòu)建筑的數(shù)量占了很大的比例。在我這樣一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)以其優(yōu)良的性價(jià)比，靈活方便置方式，易與其他結(jié)構(gòu)形式配合使用等優(yōu)點(diǎn)而贏得了廣大工程技術(shù)人員的認(rèn)但在六十年代以前均認(rèn)為鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)是剛性的，不需要專門進(jìn)行研在不設(shè)防地區(qū)這一概念基奪正確，在抗震區(qū)則暴露出嚴(yán)重的問(wèn)題。在地震下，許多框架在節(jié)點(diǎn)區(qū)嚴(yán)重破壞，有的甚至導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)整體倒塌，人們終i=}{到，在地震作用下，節(jié)點(diǎn)是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的最薄弱環(huán)節(jié)，其破壞危性極大。如何利用新型的復(fù)臺(tái)材料如鋼纖維混凝土，在方便旎工、滿足最濟(jì)效益的要求下保證框架節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)防要求已經(jīng)成為土木工程領(lǐng)域內(nèi)需在抗震研究工作中，理論分析、試驗(yàn)研究及震害調(diào)查與分析一直是相輔成的三種手段與途徑。計(jì)算機(jī)的發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)與新的計(jì)算方法和技結(jié)合，使結(jié)構(gòu)理論分析的范圍和領(lǐng)域有了相當(dāng)?shù)臄U(kuò)大；同樣，測(cè)試儀器的和微處理器計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用則可以提高試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的可靠性和所獲得數(shù)據(jù)閉和精度結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的方法主要有：反復(fù)荷載下的結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力驗(yàn)、結(jié)構(gòu)模型的振動(dòng)臺(tái)模擬地震試驗(yàn)及原型結(jié)構(gòu)物的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力試驗(yàn)?。其中件及其組合件在周期反復(fù)荷載作用下的靜力試驗(yàn)，又稱之為偽靜力試驗(yàn)震試驗(yàn)中1種常用的試驗(yàn)方法。它耗資低廉，不需要特殊的復(fù)雜加載設(shè)備，損的發(fā)展過(guò)程，特別是可采用比例較大甚至足尺試件，消除了尺寸效應(yīng)的影第l章可真實(shí)地模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造，這對(duì)抗震結(jié)構(gòu)第l章可真實(shí)地模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的細(xì)部構(gòu)造，這對(duì)抗震結(jié)構(gòu)尤為重要，因而應(yīng)用十泛隨著有限元數(shù)值方法的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步，人們已經(jīng)可對(duì)鋼筋混凝±結(jié)構(gòu)作比較精確的彈塑性分析。鍘筋混操士有限元分析方法能給出結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形發(fā)展的全過(guò)程；能夠描述裂縫的形成和擴(kuò)展，以及結(jié)破壞過(guò)程及形態(tài)；能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的極限承載能力和可靠度做出評(píng)估：能夠找構(gòu)的薄弱部位和環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)本課題分別通過(guò)低周反復(fù)荷載試驗(yàn)和有限元數(shù)值分析來(lái)分析梁端鋼纖維凝土塑性鉸粱柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能，以便經(jīng)濟(jì)合理地推廣鋼纖維在建筑結(jié)構(gòu)工程實(shí)際應(yīng)1．2鋼纖維增強(qiáng)混凝土的發(fā)展與應(yīng)1．2．1鋼纖維混凝土的應(yīng)用與發(fā)展過(guò)程阻在攪拌混凝土或水泥砂漿時(shí)，摻入一定數(shù)量的分散纖維，經(jīng)振搗、凝固構(gòu)成一種宏觀均質(zhì)的、各向同性的混合材料，稱為纖維混凝土。其中，鋼混凝土就是纖維混凝土中的一種。鋼纖維的摻入，使混凝土的抗拉強(qiáng)度得高，尤其是在高強(qiáng)混凝土中，脆性得以有效的改善。目前，鋼纖維由鋼絲--0．41mm，寬O．25—0．90ram)，或高溫高速熔抽(截面為新月形)制成20世紀(jì)初，鋼纖維增強(qiáng)混凝土的概念由俄國(guó)學(xué)者伏·波·涅克拉索夫首提出，隨后，在美、英、法、德等發(fā)達(dá)國(guó)家陸續(xù)有相關(guān)的研究報(bào)告產(chǎn)生?！磕?，美困Porter即發(fā)表了有關(guān)以短纖維增強(qiáng)混凝土的研究報(bào)告，建議把短纖維森分散在混凝土用以強(qiáng)化基體材料。19】1年，美國(guó)Graham曾把鋼纖維摻混凝土中，得到了可以提高混凝土強(qiáng)度和穩(wěn)定性的結(jié)果。到了20世紀(jì)40年代美、英、法、德等國(guó)先后公布了許多關(guān)于用鍘纖維混凝土補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)第1的專利，例如摻入鋼纖維來(lái)提高混凝土的耐磨性和抗裂性第1的專利，例如摻入鋼纖維來(lái)提高混凝土的耐磨性和抗裂性、鋼纖維混凝土工藝、改進(jìn)鋼纖維形狀以提高纖維與混凝土基體的粘結(jié)強(qiáng)度等。日本在第世界大戰(zhàn)期問(wèn)，由于軍事上的需要，也曾進(jìn)行過(guò)有關(guān)鋼纖維混凝土方面的研但當(dāng)時(shí)均尚未達(dá)到實(shí)用化的程序1963年Romualdi和Batson發(fā)表了一系列關(guān)于鋼纖維約束混凝土裂縫開展機(jī)理，提出了鋼纖維混凝土開裂強(qiáng)度是由對(duì)拉伸應(yīng)力起有效作用的鋼纖維間距所決定的結(jié)論(纖維間距理論)，從而開始了這種新型復(fù)合材料的實(shí)用化發(fā)研究階段。1969年，美國(guó)批準(zhǔn)了“混凝土和鋼材組成的二相材料”專利，定了現(xiàn)今鋼纖維混凝土技術(shù)的基礎(chǔ)。但是鋼纖維價(jià)格昂貴，阻礙了它在實(shí)方面的推廣應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，美國(guó)Battelle公司開發(fā)了熔抽技術(shù)，制造廉價(jià)鋼纖維，為這種復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。此后20多年，鋼維混凝七在發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家的開發(fā)研究受到普遍重視，尤以日本、美我國(guó)研究和應(yīng)用鋼纖維混凝土開始于20世紀(jì)70年代，而近十多年來(lái)展異常迅速。到1988年全國(guó)工程總量即達(dá)500t(應(yīng)用較多的是帶彎鉤的低碳鋼纖維，但也有采用異型纖維的)。應(yīng)用范圍日益廣泛，領(lǐng)域不斷拓寬。除建結(jié)構(gòu)構(gòu)件(如墻板、樓板、框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)等)外，已成功地推廣于公路路面機(jī)場(chǎng)跑到(道面厚度可減薄40％--50％)、橋面鋪裝(如北京安慧立交橋)、市政l程研究所采用振動(dòng)法和擠壓法制成直徑195mm、壁厚28．5mm鋼纖管：淮陰工業(yè)?？茖W(xué)校研制成功直徑550mm、壁厚30mm低壓輸水泵管，均有工藝簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉、性能良好的優(yōu)點(diǎn))、輕軌(鐵道科學(xué)研究院和太原輕廠經(jīng)洋細(xì)試驗(yàn)研究己投入批量生產(chǎn))等方面。噴射鋼纖維混凝土亦廣泛應(yīng)用隧道與礦山巷道襯砌、橋梁加固(墩臺(tái)補(bǔ)強(qiáng)或修補(bǔ)，例如北京三岔河一座跨42m拱橋開裂后應(yīng)用鋼纖維混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固等)、水：l：大壩防滲面板、樁頭等程，均取得顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果第1隨著鋼纖維混凝土材質(zhì)的提高、工藝的改進(jìn)、機(jī)理探討第1隨著鋼纖維混凝土材質(zhì)的提高、工藝的改進(jìn)、機(jī)理探討的逐步深入，現(xiàn)已開始應(yīng)用]二新型長(zhǎng)大建筑結(jié)構(gòu)中。一個(gè)突出的例予就是貴州烏江預(yù)應(yīng)力鋼維混凝土吊拉組合索橋。此種結(jié)構(gòu)跨越能力大，結(jié)構(gòu)剛度高，鋼纖維混凝應(yīng)用r叮顯著降低箱形主梁自重，節(jié)約素材，弗改善橋梁結(jié)構(gòu)性能，特別是提吊拉組合的抗疲勞能力。與此相類似，重慶交通學(xué)院，貴州省橋梁公司還州南盤江大橋提出了設(shè)計(jì)(主跨240m)。同時(shí)，在四川和貴州已設(shè)訓(xùn)。修建了座20一40m跨徑的鋼纖維混凝土薄壁箱形連續(xù)梁橋。這些工程實(shí)踐無(wú)疑為鋼維混凝士作為新型建筑材料應(yīng)用于承重結(jié)構(gòu)開辟了新的發(fā)展途1．2。2在土木建筑工程中，通用的鋼纖維有圓形或矩形的長(zhǎng)直纖維和多種異型鋼纖維混凝土的方法通常是將鋼纖維和混凝土混合后，再經(jīng)振搗、離心或等法成型。當(dāng)配料合適并摻有適宜的高效減水劑時(shí)，則可制成泵送鋼纖維土。用制備普通混凝土的方法制成的鋼纖維混凝土與素混凝土相比具有一優(yōu)越的物理和力學(xué)性質(zhì)(1)強(qiáng)度和重量的比值增大。這是纖維增強(qiáng)混凝土具有優(yōu)越經(jīng)濟(jì)性的重標(biāo)志，也是它具有廣闊應(yīng)用發(fā)展前景的重要保證(2)具有較高的抗拉、抗壓和抗彎的極限強(qiáng)度。在混凝土中摻入適量鋼(3)具有卓越的抗沖擊性能。與素混凝土相比，鋼纖維混凝上在纖維摻為O_8％一2．O％時(shí)，其沖擊韌性指標(biāo)可以提高50—100倍，甚至更高，因此鋼維混凝上用于承受沖擊荷載、疲勞荷載和爆炸荷載的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)越性十分明(4)變形性能明顯改善。鋼纖維混凝土抗壓彈性模量影響不顯著，但對(duì)拉彈性模量提高較多。纖維對(duì)混凝土長(zhǎng)期收縮變形性能的影響也較明顯第1章緒隨著鋼纖維混凝土材質(zhì)的提高、工藝的改進(jìn)、機(jī)理探第1章緒隨著鋼纖維混凝土材質(zhì)的提高、工藝的改進(jìn)、機(jī)理探塒的翅步深A(yù)，維混凝土吊拉組合索橋。此種結(jié)構(gòu)跨越能力大，結(jié)構(gòu)剛度高，鋼纖維泥凝士應(yīng)用t口鼴著降低箱形主粱自重，節(jié)約素材，并改善橋梁結(jié)構(gòu)性能，特別是提吊扣組合的抗疲勞能力。與此相類似，重慶交通學(xué)院，貴州省橋梁公司還州南盤，[大橋提出了設(shè)計(jì)(主跨240m)。同時(shí)，在四川和貴州已設(shè)計(jì)修建r維混凝土作為新型建筑材料應(yīng)用于承重結(jié)構(gòu)開辟了新的發(fā)展途徑1，2．2鋼纖維混凝土在土木工程中應(yīng)用的優(yōu)越在土木建筑工程中，通用的鋼纖維有圓形或矩形的長(zhǎng)直纖維和多種異纖維。纖維的長(zhǎng)徑比一般為50～100，纖維的體積摻量一般為1％一2％。制鋼纖維混凝_等法成型。當(dāng)配料合適并摻有適宜的高效減水劑時(shí)，則可制成泉送鋼纖維jj。用制備普通餛凝土的方法制成的鋼纖維混凝土與素混凝土相比具有一系優(yōu)越的物理和力學(xué)性質(zhì)口(1)強(qiáng)度和重量的比值增大。這是纖維增強(qiáng)混凝土具有優(yōu)越經(jīng)濟(jì)性的重標(biāo)志，也是它具有廣闊應(yīng)用發(fā)展前景的重要保證(2維，其極限抗壓強(qiáng)度可適當(dāng)提高，單軸抗拉極限強(qiáng)度可提高40％一50極限強(qiáng)度叫提高50％一l50％(3)其有卓越的抗沖擊性能。與素混凝十相比，鋼纖維混凝上在纖維摻為0．8％一O％時(shí)，其沖擊韌性指標(biāo)町以提高50一100倍，甚罕更高，因此鋼維混凝上用于承受沖擊荷載、疲勞荷載和爆炸荷載的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)越性十分明(4)變形性能明顯改善。鋼纖維混凝士抗壓彈性模量影響不顯著，但對(duì)拉彈性模量提高較多。纖維對(duì)混凝土長(zhǎng)期收縮變形性能的影響也較明顯拉彈性模量提高較多。纖維列混凝土長(zhǎng)期收縮變形性能的影響也較明顯第1維可使混凝土的收縮率降低10％一30(5)抗裂和抗疲勞性第1維可使混凝土的收縮率降低10％一30(5)抗裂和抗疲勞性能顯著提高。由于鋼纖維在混凝土中的阻裂機(jī)制，纖維混凝土具有比素混凝土更好的軟化后性能和抗裂疲勞性(6)具有優(yōu)良的抗剪性能。鋼纖維在梁的受力過(guò)程中可以降低腹板的剪變形，并有效地控制剪切裂紋的開展，提高腹板的抗剪強(qiáng)度。Batson等認(rèn)為纖維的摻入可以取代受彎粱中的豎向箍筋。Swamy和Bahia的研究結(jié)果表明加入鋼纖維后梁的抗剪強(qiáng)度隨彎曲強(qiáng)度線性增強(qiáng)，在既有1．95％的拉伸鋼筋O．8％o的鋼纖維(體積摻量)的T型梁和矩形梁中不產(chǎn)生剪切破壞，在2％一拉伸鋼筋和O．8％一1．2％的鋼纖維(體積摻量)的情況下，比無(wú)鋼纖維梁可高80％的抗剪極限強(qiáng)度由于以上優(yōu)越性，鋼纖維增強(qiáng)混凝土在路面、橋面、機(jī)場(chǎng)道面、抗震抗結(jié)構(gòu)等土建工程中得到日益廣泛的應(yīng)用，且其前景十分廣盡管目前鋼纖維混凝土的研究日趨活躍，但由于這種材料造價(jià)較貴，所在我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)條件下，整個(gè)構(gòu)件使用這種材料還不容易做到。不少研考慮到鋼纖維可以有效地提高混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性和延長(zhǎng)其使用壽命，建評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的的造價(jià)時(shí)應(yīng)考慮一個(gè)綜合指標(biāo)，但由于一次性投資的增大，要在l程中大面積地應(yīng)用鋼纖維混凝土仍有較大難度。要提高結(jié)構(gòu)的承載能力不?要增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)，在很多情況下只要增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的某些關(guān)鍵部位即可達(dá)到目因而一砦研究者對(duì)用鋼纖維部分或局部增強(qiáng)混凝土構(gòu)件的課題進(jìn)行了研究H。引鍘纖維部分或局部增強(qiáng)混凝土構(gòu)件包括兩個(gè)不同的方面。對(duì)于受彎構(gòu)件第一·，J‘指按受壓區(qū)或者受拉區(qū)用鋼纖維增強(qiáng)，即沿截面高度分層增強(qiáng)，其二指沿梁的軸線對(duì)彎矩大或內(nèi)力較復(fù)雜的區(qū)段分段增強(qiáng)。部分增強(qiáng)是從截面理設(shè)計(jì)出發(fā)的，應(yīng)力水平較低的區(qū)域顯然沒(méi)有必要增強(qiáng)IjJ第1節(jié)點(diǎn)是框架結(jié)構(gòu)的重要組成部分，節(jié)點(diǎn)區(qū)抗震性能的第1節(jié)點(diǎn)是框架結(jié)構(gòu)的重要組成部分，節(jié)點(diǎn)區(qū)抗震性能的好壞直接影響到整結(jié)構(gòu)的抗震性能【4j。為了改善現(xiàn)澆混凝土框架節(jié)點(diǎn)的抗震性能，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開了在現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)采用鋼纖維混凝土用于改善節(jié)點(diǎn)的抗能的試驗(yàn)研究，取得了一定的成果，并推廣到實(shí)際。[程中】977年美國(guó)的Henage首先提出在框架節(jié)點(diǎn)中應(yīng)用鋼纖維來(lái)代替箍筋的想。通過(guò)兩個(gè)足尺梁柱邊節(jié)點(diǎn)試件(一個(gè)普通混凝土節(jié)點(diǎn)，另～個(gè)節(jié)點(diǎn)核心不配箍筋而采用鋼纖維局部加強(qiáng))的抗震試驗(yàn)試驗(yàn)證明：采用鋼纖維混凝土替普通混凝土的節(jié)點(diǎn)，具有很好的延性，較高的強(qiáng)度和剛度，還能經(jīng)受較破壞；采用鋼纖維混凝土梁，可用較少的箍筋；在那些需要大量箍筋的地用鋼纖維混凝土也能收到蘸好的效果【4l。1982年，前蘇聯(lián)的庫(kù)爾瑪金通過(guò)四中節(jié)點(diǎn)(第一種是整澆的普通混凝土，第二種到第四種為預(yù)制的粱柱構(gòu)件，節(jié)點(diǎn)處用后澆混凝土形成整體。其中，第二種試件的節(jié)點(diǎn)混凝土仍為普通土和細(xì)石混凝土灌縫。第三，第四種試件則使用鋼纖維混凝土)的對(duì)比試驗(yàn)明二采用鋼纖維混凝土用于裝配整體式框架中是比較優(yōu)越的：剛度和抗裂都比較好，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的裂縫都晚于梁和柱；其承載能力接近予整澆式節(jié)點(diǎn)之間的粘結(jié)性能”J我因研究應(yīng)用鋼纖維增強(qiáng)框架節(jié)點(diǎn)始于八_}’年代，由空軍工=程學(xué)院、東大學(xué)等單位151進(jìn)行了詳細(xì)的室內(nèi)外試驗(yàn)和理論計(jì)算的研究并推廣應(yīng)用到了實(shí)工程中。自t991年以來(lái)先后在江蘇省丹陽(yáng)市中醫(yī)院門診部及九層住院部、丹中學(xué)試驗(yàn)樓、錫鎮(zhèn)汽渡綜合樓、江蘇省江陰汽車站等七個(gè)框架結(jié)構(gòu)工程中了鋼纖維高強(qiáng)混凝土節(jié)點(diǎn)，實(shí)際混凝土等級(jí)為CF50、CF60。總建筑面積節(jié)點(diǎn)643個(gè)空軍工程學(xué)院的章文綱、程鐵生16節(jié)點(diǎn)試什分為三個(gè)系列。第一系列按核心區(qū)發(fā)生剪切破壞的要求設(shè)計(jì)，包括第1個(gè)不配箍筋的鋼纖維混凝土邊節(jié)點(diǎn)和2個(gè)普通鋼筋混凝土邊節(jié)點(diǎn)。第二系列第1個(gè)不配箍筋的鋼纖維混凝土邊節(jié)點(diǎn)和2個(gè)普通鋼筋混凝土邊節(jié)點(diǎn)。第二系列“強(qiáng)柱弱梁”和“強(qiáng)剪弱彎”的抗震要求設(shè)計(jì)，包括不配箍筋的鋼纖維混凝邊節(jié)點(diǎn)和普通鋼筋混凝土邊節(jié)點(diǎn)各2個(gè)。第三系列為4個(gè)在核心區(qū)發(fā)生剪切壞的配箍筋的鋼纖維混凝土節(jié)點(diǎn)，包括邊節(jié)點(diǎn)和中節(jié)點(diǎn)各2個(gè)。節(jié)點(diǎn)的(1)鋼纖維的摻人對(duì)反復(fù)循環(huán)荷裁作用下鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度有明的增強(qiáng)，在相同荷載條件F，鋼纖維混凝土節(jié)點(diǎn)達(dá)極限荷載前梁筋在梁柱交處的滑移量?jī)x為普通鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)的22％一41％(2)鋼纖維體積含量為0．015的不配箍筋的鋼纖維混凝土節(jié)點(diǎn)與配箍筋體積配箍率為1．5％的鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)的抗震性能對(duì)比如下：節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪限強(qiáng)度與位移延性比基本相當(dāng)；鋼纖維使節(jié)點(diǎn)抗剪初裂和通裂強(qiáng)度較之鋼凝土節(jié)點(diǎn)提高28％左右；鋼纖維混凝土節(jié)點(diǎn)的耗能指標(biāo)較之鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)高27％北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院的唐九如、周起敬‘71采用5個(gè)梁柱邊節(jié)點(diǎn)來(lái)研反復(fù)荷載作用下鋼纖維進(jìn)對(duì)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度、延性、能量吸收與耗散、破壞形態(tài)錨固性能的影響，并與普通鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)做對(duì)比。5個(gè)試件分A、B組試件(2個(gè))僅在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用鋼纖維混凝土，承受高剪力作用，使核心產(chǎn)生剪切破壞；B組試件(3個(gè))設(shè)計(jì)成梁端彎曲破壞，其中兩個(gè)試件在核心和梁端均采用鋼纖維混凝土，另一個(gè)試件為普通混凝±以作對(duì)比。結(jié)果表明(1)提高了節(jié)點(diǎn)初裂抗剪強(qiáng)度，提高了極限抗剪能力，改善了裂縫分布(2)提高了梁的抗剪能力，在梁鉸區(qū)采用鋼纖維混凝土，明顯地提高了的抗剪強(qiáng)度。同時(shí)也改變了梁的破壞形態(tài)，由彎剪破壞變?yōu)閺澢茐?，這現(xiàn)“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)原則是有利的。芳且提高了其延性和耗能能力(3)摻入鋼纖維后，鋼筋與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度隨混凝土抗拉強(qiáng)度的提高增大，改善了混凝土與鋼筋的粘結(jié)錨固性能，粘結(jié)力呵提高30％以L第1章重慶建筑工程學(xué)院的朱錫軍、自紹良、岳昌年f虬利用第1章重慶建筑工程學(xué)院的朱錫軍、自紹良、岳昌年f虬利用一個(gè)巧i摻鋼纖維的和個(gè)在節(jié)點(diǎn)區(qū)、柱端及梁端摻有鋼纖維的框架頂層邊節(jié)點(diǎn)足尺試件的對(duì)比試從抗震角度探索了此類節(jié)點(diǎn)區(qū)摻加鋼纖維后的有利及不利效果，試驗(yàn)結(jié)果表(J)在項(xiàng)層邊節(jié)點(diǎn)內(nèi)適當(dāng)減少箍筋用量并摻入一定的鋼纖維，能保證核區(qū)不出現(xiàn)由斜壓機(jī)構(gòu)及局部桁架機(jī)構(gòu)引起的主拉應(yīng)力裂縫及其他局部破壞(2)鋼纖維提高了鋼筋與混凝土之間盼粘結(jié)強(qiáng)度，減少了滑移量，使梁在節(jié)點(diǎn)L部及外角區(qū)的受力得到緩解，從而在一定程度上改善了由鋼筋的粘滑移及邊節(jié)點(diǎn)外角區(qū)的“推出再拉回”效應(yīng)引起的滯回曲線捏縮(3)在節(jié)點(diǎn)區(qū)及柱端、粱端摻鋼纖維不能阻止節(jié)點(diǎn)角部外雄裂縫的形成而且使外推變形以及柱端塑性鉸區(qū)的彎曲變形更集中于一、兩根特別寬的中。當(dāng)這些裂縫在反向彎矩作用下重新閉合時(shí)，過(guò)寬的裂縫無(wú)疑會(huì)加重滯線的捏縮。而且鋼纖維拔出后在反向彎矩作用下壓拆在裂縫內(nèi)，會(huì)更進(jìn)一(4)從保證“強(qiáng)剪弱彎”的角度考慮，梁端或柱端摻鋼纖維后，其抗剪力的提高幅度并不一定大于其正截面抗彎能力的提高幅(5)不論是否摻鋼纖維，柱端出現(xiàn)負(fù)彎矩塑性鉸都有可能影響梁正彎矩西安冶金建筑學(xué)院的王宗哲、王崇昌等人191進(jìn)行了12個(gè)鋼纖維混凝土邊點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)。試件分為3組，第～組按核心區(qū)先破壞，梁筋后屈服，柱不屈服設(shè)計(jì)，目的是研究鋼纖維的體積含量變化對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響組研究節(jié)點(diǎn)有一定數(shù)量箍筋時(shí)，鋼纖維的體積含量對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響與第一組試件比較：第三組是核心區(qū)不配鋼纖維，僅配箍筋。試驗(yàn)結(jié)果表(1)將鋼纖維混凝土應(yīng)用于框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，可明顯提高抗裂強(qiáng)度及剪延性，對(duì)節(jié)點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度及試件的位移延性也有所增(2)采用鋼纖維混凝土對(duì)解決節(jié)點(diǎn)箍筋密集，改善施工敏果有明顯的效果第1但不能完全取代箍筋，在節(jié)點(diǎn)區(qū)保持一定數(shù)量的箍筋仍是必第1但不能完全取代箍筋，在節(jié)點(diǎn)區(qū)保持一定數(shù)量的箍筋仍是必要東南大學(xué)的蔣永生、衛(wèi)龍武、江蘇交通規(guī)劃院等人【0j進(jìn)行了3個(gè)鋼纖維強(qiáng)混凝土與2個(gè)普通高強(qiáng)混凝土中節(jié)點(diǎn)抗震試驗(yàn)研究。試件分為兩組，第一組個(gè)試件，采用高強(qiáng)混凝土并按抗震要求配置核心區(qū)箍筋6耷8，第二組3個(gè)試采用鋼纖維高強(qiáng)混凝土，其中鋼纖維體積率為1．5％，長(zhǎng)徑比為52．1，核心區(qū)筋為0，2中8，4巾8，試件按核心區(qū)剪切破壞設(shè)計(jì)。結(jié)果表明(1)在混凝土配合比基本相同的條件下，未摻鋼纖維的混凝土可作為鋼維混凝士的基材。兩者相比較，摻入鋼纖維后，其強(qiáng)度指標(biāo)均有提高，初裁約提高15％，基體混凝土起主要作用，摻加鋼纖維可起增強(qiáng)作用(2)核心區(qū)采用高強(qiáng)混凝土后，可有效地提高承剪能力，摻加鋼纖維可箍筋的作用且更有效些，對(duì)于不配箍筋的試件與配有箍筋而無(wú)鋼纖維的試(3)摻入鋼纖維的高強(qiáng)混凝土，使梁筋滑移較小，零點(diǎn)均在核心偏中部位從而有效地改善了梁筋的錨固條件，且剛度退化趨緩。無(wú)鋼纖維及有鋼纖無(wú)箍筋的節(jié)點(diǎn)延性系數(shù)略低，既有鋼纖維叉配箍筋的試件，延性系數(shù)略高表明鋼纖維及箍筋可起防止突然破壞的作用(4)當(dāng)采用鋼纖維高強(qiáng)混凝土后，可以形成強(qiáng)核心，降低箍筋的作用，而少配或不配箍筋，甚至取消粱筋附)Jn錙i柱節(jié)點(diǎn)(BI--B5)試件，開展了試驗(yàn)研究，其中B1、B3試件使用普通混凝土未加入鋼纖維；B1、B2試件的扁梁未施加預(yù)應(yīng)力，B5則未配剪力筋。研究果表明(1)在混凝土中加入鋼纖維，其基本力學(xué)性能變化不顯著，但疲勞斷裂命與吸收的總能量大大提高，說(shuō)明混凝土的脆性得到很大改(2)鋼纖維混凝土節(jié)點(diǎn)可有效提高節(jié)點(diǎn)的初裂荷載、極限荷載、延性系與滯回環(huán)面積，滯回環(huán)曲線豐滿而穩(wěn)定，表明其良好的抗震性第1(3)鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力時(shí)，可有效抑制裂縫的產(chǎn)第1(3)鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力時(shí)，可有效抑制裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展，使構(gòu)節(jié)點(diǎn)破壞形態(tài)得到改善，能保持構(gòu)件較好的完整。}二邊節(jié)點(diǎn)試件，其中A系列5個(gè)試件，按核心區(qū)先破壞，粱筋后屈服設(shè)計(jì)纖維含量按o．5％逐漸增加；E系列5個(gè)試件在節(jié)點(diǎn)配囂了一定數(shù)量的箍筋，纖維含量按O．25％逐漸增加；F系列1個(gè)試件，配箍率與E系列相同，但是鋼維含量為0。研究結(jié)果表明(1)將鋼纖維混凝土應(yīng)用于框架節(jié)點(diǎn)區(qū)域，可明顯提高其剪切延性及耗能力，對(duì)節(jié)點(diǎn)的初裂強(qiáng)度、抗裂強(qiáng)度也有明顯增加(2)鋼纖維含量越多，滯目曲線越飽滿，滯回曲線承載力下降越緩慢，循環(huán)次數(shù)也越多。說(shuō)明鋼纖維對(duì)維持循環(huán)荷載下滯回曲線的穩(wěn)定性有著明作用(3)但不能完全取代箍筋。節(jié)點(diǎn)區(qū)域保持一定數(shù)量的箍筋對(duì)維持節(jié)點(diǎn)晚期強(qiáng)度重要的作同濟(jì)大學(xué)的趙斌、呂西林、劉海峰‘B1采用足尺模型對(duì)比試驗(yàn)方法，對(duì)高混凝土后澆整體式梁柱組合件和高強(qiáng)鋼纖維混凝土后澆整體式梁柱組合件周反復(fù)荷載作用下的抗震性能做了系統(tǒng)研究。試件總計(jì)4個(gè)，分別為現(xiàn)澆高混凝土粱柱組合件，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)高強(qiáng)混凝士后澆整體式梁柱組合件兩個(gè)在核心區(qū)摻入不同體積率鋼纖維的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)高強(qiáng)鋼纖維后澆整粱柱組合件。研究結(jié)果表明：在預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)后澆節(jié)點(diǎn)區(qū)域采用鋼纖維：L，不僅可以減少節(jié)點(diǎn)核心區(qū)箍筋用量，方便現(xiàn)場(chǎng)施[，還可以提高節(jié)點(diǎn)的裂強(qiáng)度和節(jié)點(diǎn)開裂階段的延性和耗能能力，減小節(jié)，點(diǎn)核心區(qū)的剪切變形鋼筋鋼纖維增強(qiáng)部分混凝土梁是指在梁截面主要承擔(dān)拉應(yīng)力的一部分高第1范圍內(nèi)的混凝上加入鋼纖維，而主要承擔(dān)壓應(yīng)力艙部分第1范圍內(nèi)的混凝上加入鋼纖維，而主要承擔(dān)壓應(yīng)力艙部分仍采用普通混凝土構(gòu)成的新型受力體系?？偟膩?lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)外對(duì)這方面的研究還比較少。美國(guó)Swamy專門設(shè)計(jì)了在受壓區(qū)采用鋼纖維混凝土而在受拉區(qū)采用普通混凝土與拉區(qū)采用鋼纖維混凝土而在受壓區(qū)采用普通混凝十兩種試驗(yàn)梁，分別進(jìn)行驗(yàn)研究以考察鋼纖維對(duì)鋼纖維混凝土受彎構(gòu)件受壓區(qū)和受拉區(qū)的增強(qiáng)作用出了一些有用的結(jié)論。但他的研究考察的情況較局限，其結(jié)論有待進(jìn)一步和補(bǔ)充斟在國(guó)內(nèi)，鄭州大學(xué)的高丹盈【141多年來(lái)從事了許多這方面的研究，主要研(1)淺梁受彎性能(a)當(dāng)鋼纖維混凝土厚度hz一>o．3b時(shí)，鋼筋鋼纖維增強(qiáng)部分混凝土梁即夠達(dá)到鋼筋全截砸鋼纖維混凝土梁的承載能力。在鋼纖維體積率p，=1．5％時(shí)強(qiáng)效果較(b)當(dāng)鋼纖維混凝土層厚達(dá)到粱高的O．3倍時(shí)，就可達(dá)到全截面使用鋼維混凝土對(duì)抗裂性能的增強(qiáng)效果。在其試驗(yàn)范圍內(nèi)，鋼纖維體積率p，=2．O％(c)鋼纖維混凝土層厚達(dá)到梁高的O．3倍以后，和全截面加入鋼纖維的裂效果摹本相葡。當(dāng)鋼纖維體積率從0增大到2．O％時(shí)，最大裂縫寬度基本呈性趨(2)淺梁受剪性能(a)對(duì)于鋼筋鋼纖維增強(qiáng)部分混凝上梁，當(dāng)鍘纖維混凝土層厚度為O．6梁高時(shí)，其對(duì)斜截面抗裂性的增強(qiáng)接近全截面加入鋼纖維的增強(qiáng)效果。斜(b)對(duì)于構(gòu)件的斜截面受剪承載力，當(dāng)鋼纖維混凝土厚度為粱高的一半時(shí)即可達(dá)到與全截面加入鋼纖維相同的增強(qiáng)效果。其受剪承載力隨著鋼纖維第1章特征參數(shù)五，的增大麗增(3)深(a)當(dāng)鋼纖維混凝土厚度第1章特征參數(shù)五，的增大麗增(3)深(a)當(dāng)鋼纖維混凝土厚度達(dá)到0．6倍梁高時(shí)，鋼筋鋼纖維增強(qiáng)部分混凝深梁可達(dá)到全截面加入鋼纖維對(duì)斜截面抗裂的增強(qiáng)效果，且鋼纖維體積率越提高幅度越(b)對(duì)與斜截面受剪承載力，隨著鋼纖維混凝土層厚的增大，受剪承載近似呈線性增大。全截面加入鋼纖維的增強(qiáng)效果最好。當(dāng)鋼纖維體積率增1．0％時(shí)達(dá)到最大的增強(qiáng)效能做了研究，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果分析后得出的結(jié)論(1)鋼筋PHPFRC粱的截面平均應(yīng)變基本滿足平截面假設(shè)。鋼筋梁開裂后，隨著截面應(yīng)變的發(fā)展，受壓區(qū)高度E。ho略有增加，但變化范圍不大這與普通鋼筋混凝土構(gòu)件丌裂后直至屈服前中性軸位置相對(duì)穩(wěn)定的情形大(2)對(duì)于鋼筋混凝土梁而言，中性軸逐漸上移。意味著裂縫逐漸向上延伸構(gòu)件剛度逐漸下降。而鋼筋PHPFRC梁的中性軸始終較鋼筋混凝士梁低得多說(shuō)明高密度鋼纖維在彎曲構(gòu)件受拉邊緣對(duì)其進(jìn)行局部增強(qiáng)，可以有效地控(3)對(duì)于鋼筋PHPFRC梁一定得臨界值之后，纖維應(yīng)力逐漸遞減，在M一【p曲線上表現(xiàn)為出現(xiàn)下降段置于發(fā)!l拉應(yīng)力居高不下而導(dǎo)致受壓區(qū)混凝土被壓碎的情況。因此，不必?fù)?dān)鋼筋PHPFRC梁的受壓區(qū)高度f(wàn)。ho超出為普通鋼筋混凝土梁所規(guī)定的極限值(4)設(shè)法增加鋼纖維混凝土的抗拉強(qiáng)度比一味增加鋼纖維混凝土層的厚所獲得的力學(xué)與經(jīng)濟(jì)效益高得多。設(shè)法在一定得范圍內(nèi)增加纖維密度，增維長(zhǎng)徑比，改善纖維表面形狀以便提高纖維與水泥基體的粘結(jié)強(qiáng)度，是提筋PHPFRC梁力學(xué)性能得最有效的途徑第】章緒1．4設(shè)計(jì)良好的框架節(jié)點(diǎn)在承受較第】章緒1．4設(shè)計(jì)良好的框架節(jié)點(diǎn)在承受較大地震荷載時(shí)，會(huì)首先在梁端形成塑塑性鉸性能的好壞直接影響著整個(gè)節(jié)點(diǎn)抗震性能的好壞，其轉(zhuǎn)動(dòng)量越大、能力和耗能能力越強(qiáng)，整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能也就越好。本課題將鋼纖維摻節(jié)點(diǎn)梁端的塑性鉸區(qū)域，利用其優(yōu)良的性能來(lái)改善節(jié)點(diǎn)的抗震性能。主要(1)采用足尺模型進(jìn)行一個(gè)現(xiàn)澆普通混凝土節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)梁端鋼纖維混凝塑性鉸梁柱節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的對(duì)比試驗(yàn)研(a)(b)通過(guò)試件的荷載一位移滯回曲線，比較分析節(jié)點(diǎn)的耗能能(C)根據(jù)試件的骨架曲線，比較分析節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度、剛度、延性等抗震性能(d)分析鋼筋應(yīng)變的變化規(guī)律(2)(a)分析和討論有限元分析中的混凝士及鋼纖維混凝土的本構(gòu)關(guān)系及破準(zhǔn)則(b)討論基于ANSYS軟件的鋼筋混凝土單元模型及原理(c)建立有限元模型并進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析計(jì)算結(jié)果并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比分析第2章試什的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研第2章試什的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研2．1試驗(yàn)?zāi)康呐c測(cè)試2，1．1試驗(yàn)建筑結(jié)構(gòu)抗震研究要求結(jié)構(gòu)在模擬地震的荷載作用下進(jìn)行試驗(yàn)，以構(gòu)的強(qiáng)度、變形、非線性性能和結(jié)構(gòu)的實(shí)際破壞狀態(tài)。本次試驗(yàn)通過(guò)將鋼摻入到梁柱節(jié)點(diǎn)梁端塑性鉸區(qū)域，來(lái)研究其對(duì)整個(gè)節(jié)點(diǎn)抗震性能的改善作結(jié)構(gòu)承受地震荷載實(shí)質(zhì)是承受多次反復(fù)的水平荷載作用，由于結(jié)構(gòu)本身的變形來(lái)消耗地震輸入的能量，所以結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)的特點(diǎn)是要求輸入萄載作用，結(jié)構(gòu)變形較大，試驗(yàn)要求做到結(jié)構(gòu)構(gòu)件屈服以后，進(jìn)入非線性階段直至完全破壞。結(jié)構(gòu)低周反復(fù)加載試驗(yàn)?zāi)軌驖M足上述要求。通過(guò)試驗(yàn)獲得結(jié)構(gòu)在反復(fù)荷載作用下的滯回曲線，從而確定結(jié)構(gòu)的恢復(fù)力特性，衡構(gòu)的耗能能力，得到與一次加載接近的骨架曲線以及結(jié)構(gòu)的初始剮度和剛化等參數(shù)，另外還能了解結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理，為改進(jìn)現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)方法和修計(jì)規(guī)范提供依據(jù)。由于低周反復(fù)加載每一次加載周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)自身的周期，實(shí)質(zhì)上還是有孀靜力加載來(lái)近似模擬地震作用，不能反映應(yīng)變速率構(gòu)的影響，但是有資料表明，應(yīng)變速率對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、延性和能量耗散的影大，高速率會(huì)增大結(jié)構(gòu)的屈服強(qiáng)度，為此對(duì)于試驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，采用低周反載的方法柬模擬動(dòng)力試驗(yàn)是偏于安全的12“(1)觀測(cè)鋼筋混凝土塑性鉸梁柱節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的承載力變及破壞仝過(guò)(2)測(cè)試結(jié)構(gòu)構(gòu)件在低周反復(fù)荷載作用下的滯回曲線和骨架曲線，對(duì)節(jié)第2章試什的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研的強(qiáng)度、剛度、延性、耗能等進(jìn)行綜第2章試什的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研的強(qiáng)度、剛度、延性、耗能等進(jìn)行綜合分析2．2試件的設(shè)計(jì)與制2．2．1試件本文梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭苯訌牧褐磸濣c(diǎn)處取出，并按足尺寸設(shè)計(jì)。為化試驗(yàn)，只取平面內(nèi)梁柱節(jié)點(diǎn)，未考慮平面外梁對(duì)節(jié)點(diǎn)的約束影響。試件總計(jì)個(gè)，分別為普通現(xiàn)澆混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)CCBC，梁端鋼纖維塑性鉸梁柱節(jié)點(diǎn)維的混凝土節(jié)點(diǎn)，SFBCl鋼纖維體積率為O．6％，SFBC2鋼纖維體積率為0．9％兩個(gè)試件的鋼纖維用量相同。柱的設(shè)計(jì)軸壓比為O．15。三個(gè)節(jié)點(diǎn)采用統(tǒng)一的寸和配筋：梁截面尺寸為200mmx500mm，柱截面尺寸為300mm×400mm。柱縱筋采用對(duì)稱配筋，粱箍筋為矩形箍，柱箍筋為矩形加菱形復(fù)合箍，箍頭的彎鉤長(zhǎng)度為10d，彎折角為1350。試件縱筋的混凝十保護(hù)層厚度25mm。防止試驗(yàn)中試件局部壓壞，在柱端、梁端均預(yù)埋10mm厚的鋼板。試件設(shè)計(jì)合現(xiàn)行中國(guó)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》1-2001)1211和《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2002)122】的相關(guān)要求。試件設(shè)計(jì)配筋參數(shù)見表2．1，三個(gè)試件的面圖分別見圖2．1，圖2．2，圖2．3；其配筋詳圖見圖2,4表2．I試件設(shè)計(jì)配筋I(lǐng)粱縱筋配筋率柱縱筋配筋粱加密醫(yī)體稅配柱加密墨體積配l第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研圖2．1試第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研圖2．1試科．CCBC立面皿江1黝ll上TI1I黝l圖2．2試他SFBCl立面第2章試件的設(shè)計(jì)1_試驗(yàn)研4ffai蚴I—II上III第2章試件的設(shè)計(jì)1_試驗(yàn)研4ffai蚴I—II上III童TIll瑾Z—P圈2．3試件SFBC2立面簋m圭聿‘—垂工二剖3I【【fl【l【—l【IlIIifI一I●Bllllllll1藍(lán)數(shù)工王L蟹觸圖2．4試件配第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研試驗(yàn)采用C50混凝土，級(jí)配為：1：1．32：2：0。36(試件在同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)一次性澆搗，同時(shí)預(yù)留150×150×150mm3混凝土立第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研試驗(yàn)采用C50混凝土，級(jí)配為：1：1．32：2：0。36(試件在同濟(jì)大學(xué)結(jié)構(gòu)工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)一次性澆搗，同時(shí)預(yù)留150×150×150mm3混凝土立方體試塊(測(cè)混凝士的抗壓強(qiáng)度)、三100×100x300mm3棱柱體試塊(測(cè)混凝土的彈性模量)?；炷翆?shí)測(cè)力學(xué)性能數(shù)見表2．2表2．2混凝士力彈性模量軸心抗壓強(qiáng)度試5243鋼纖維混凝{(體積率為035鋼纖維混擻L(體積率為054試件中梁柱受力縱筋及箍筋均采用新三級(jí)鋼筋HRB400。鋼筋實(shí)測(cè)材料性參數(shù)見表2．3表2．3鋼筋力學(xué)性能參直徑彈性模量屈服強(qiáng)度材【625．1鋼62鋼纖維采用貝卡特公司的佳密克斯鋼纖維RC65／35BN，為冷拉型鋼絲纖其力學(xué)性能見表2．4第2章試件的設(shè)計(jì)‘l試驗(yàn)研表2．4錮纖維力鋼纖 等級(jí)長(zhǎng)度，(mm)直往抗第2章試件的設(shè)計(jì)‘l試驗(yàn)研表2．4錮纖維力鋼纖 等級(jí)長(zhǎng)度，(mm)直往抗拉強(qiáng)，，s2．3(】)采用位移計(jì)測(cè)量試件柱上下端的水平位移和粱兩端的豎向位移(2)采用引伸儀測(cè)量梁、柱塑性鉸區(qū)域的彎曲變形、剪切變形，和節(jié)點(diǎn)的剪切變(3)位移計(jì)及引伸儀的靠置見圖2．5，其中沿梁縱向布置的引伸儀(3、4、7、89、10)用來(lái)測(cè)量塑性鉸區(qū)域的平均曲率；沿柱縱I目布置的引伸儀(5、6)用測(cè)黌柱端變形的平均曲率；沿梁塑性鉸區(qū)域?qū)遣贾玫囊靸x(】3、】4)用測(cè)量該區(qū)域那的剪切變形；在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)對(duì)角布置的引伸儀(1l、12)用來(lái)測(cè)核心區(qū)的剪切變形。鋼筋應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置見圖2．6。貼應(yīng)變片之前，所有應(yīng)變片進(jìn)行預(yù)檢．確保其完好；所有欲貼位置均用砂輪打磨至露出金屬光澤，然丙酮擦光表面，再用502膠將應(yīng)變片貼于鋼筋表面，并用環(huán)氧樹脂包裹，纏紗布做防潮絕緣處理，待環(huán)氧樹脂硬化后才允許綁扎鋼筋籠，以免在綁扎中破壞應(yīng)變2．4試驗(yàn)方法及加載程由j二框架是超靜定結(jié)構(gòu)，研究其梁柱節(jié)點(diǎn)抗震性能時(shí)，對(duì)其邊界條件的擬非常重要120J。以往的節(jié)點(diǎn)試件加載裝置設(shè)計(jì)中，為了簡(jiǎn)化加載裝置，大多用梁兩端施加反對(duì)稱荷載的方案。這種加載方案巾，卜F柱反彎點(diǎn)是不動(dòng)鉸第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研圖2．5位移計(jì)及引伸儀布l{第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研圖2．5位移計(jì)及引伸儀布l{Il】，p【&1C考76Se，，?！?1—p圖2．6應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研座，粱兩側(cè)反彎點(diǎn)為自由端，忽略了柱的荷載一位移第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研座，粱兩側(cè)反彎點(diǎn)為自由端，忽略了柱的荷載一位移效應(yīng)。實(shí)際框架中向荷載作用時(shí)，節(jié)點(diǎn)的上柱反彎點(diǎn)可視為水平移動(dòng)的鉸，下柱反彎點(diǎn)可視定鉸，而節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的梁的反彎點(diǎn)均為水平可移動(dòng)鉸，這樣的邊界條件比較節(jié)點(diǎn)在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)。本試驗(yàn)為了能反映混凝土結(jié)構(gòu)框架粱柱節(jié)地震作用F的真實(shí)受力狀態(tài)，利用了專門設(shè)計(jì)的幾何可變?cè)囼?yàn)架來(lái)滿足試驗(yàn)求。試件可以通過(guò)在柱端和梁端預(yù)留孔用銷栓分別與試驗(yàn)架橫梁和立柱一k相位置的圓孔連接，形成相應(yīng)的鉸接支承進(jìn)行安裝固定。整個(gè)試驗(yàn)裝置用地栓同定在試驗(yàn)臺(tái)座上。試驗(yàn)加載裝置詳見圖2．7。加載裝置邊界條件模擬簡(jiǎn)圖圖2．8，試件安裝完畢后全景圖見圖2．9幺-^dVA6Il：Il。I工／1．試件2．幾何可變框式試驗(yàn)架3．豎向荷載加載64．水平荷載加載器57圖2．7試驗(yàn)加載裝置第2章試第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研圖2,8邊界條件模擬簡(jiǎn)圖2．9試件加載全景第2章試4"1‘的蹬計(jì)’o試驗(yàn)研首先在柱頂?shù)?章試4"1‘的蹬計(jì)’o試驗(yàn)研首先在柱頂施加豎向荷載至試件預(yù)定的軸壓力415KN，并使其保持恒定制，水平荷載的施加采用位移控制加載方法。水平加載程序如圖2．10所示加載過(guò)程首先按位移為5mm的級(jí)差進(jìn)行分級(jí)反復(fù)加載，待構(gòu)件屈服后按移為|Omm的級(jí)差加載。每級(jí)加載分別進(jìn)行二次反復(fù)循環(huán)，每次加載后暫停以便觀察鋼筋應(yīng)變的值，進(jìn)行裂縫觀測(cè)及描繪。記錄試件所能達(dá)到的最大荷當(dāng)荷載下降至最大荷載的80％時(shí)作為終止荷載，即停止試驗(yàn)。確保獲得抗震驗(yàn)規(guī)范所規(guī)定的對(duì)應(yīng)最大荷載85％的極限位移位移，一而麗麗麗而萬(wàn)～文蟻業(yè)巡業(yè)巡j、循環(huán)圖210試糾水平加載2．5試件過(guò)程及現(xiàn)存低周反復(fù)荷載作用下三個(gè)試件的破壞均屬于梁端彎曲破壞，試驗(yàn)現(xiàn)象本相同：當(dāng)加載至柱頂位移△=lOmm時(shí)，首先在靠近節(jié)點(diǎn)核心區(qū)附近的梁端現(xiàn)垂直裂縫。隨著荷載的不斷增加，梁卜的裂縫、數(shù)量、長(zhǎng)度和寬度都有的發(fā)展，范圍逐漸向支座方向擴(kuò)展，裂縫的延伸從丌始的垂直方向變?yōu)槁缘?章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研斜一般距第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研斜一般距核心區(qū)越遠(yuǎn)則傾斜度越大：當(dāng)位移△=30ram時(shí)，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)出現(xiàn)?時(shí)，粱端混凝土基本壓酥；位移,5=90ram時(shí)，混凝土開始大塊剝落；在時(shí)，作動(dòng)器力開始下降，且下降速度較快，至△=140ram時(shí)已降至最大荷載80％。裂縫發(fā)展及破壞’隋況見圖2．11(A=60mm)、圖2．12(破壞狀試件SFBC!在位移A---50mm肘節(jié)點(diǎn)核心區(qū)出現(xiàn)交叉斜裂縫：在加載位移A=90turn時(shí)就可見主筋的滑移。而試件SFBC2在位移A=40ram時(shí)就了交叉斜裂縫。兩個(gè)試件在△=100mm時(shí)，作動(dòng)器力均開始下降，但下降速較慢，直至△=190ram時(shí)才停止試驗(yàn)。隨著加載位移增大，梁端表層混凝±月始不斷剝落，當(dāng)加載位移△=140mm時(shí)，主筋的滑移就已經(jīng)顯得十分明顯。試 3(A=60mm)、圖2．14(破壞狀態(tài)SFBCl裂縫發(fā)展及破壞情況分別見圖試件SFBC2裂縫發(fā)展及破壞情況分別見圖2．15(A=60mm)、圖2．16(破第2章試第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研圖2．11試件CCBC裂縫發(fā)展圈圖2．12試件CCBC極限破壞第2章試件第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研圖2．13試件SFBCl裂縫發(fā)展圖圖2．14試件SFBCl極限破壞第2章試第2章試件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研圖2．15試件SFBC2裂縫發(fā)展圖圖2．16試件SFBC2極限破壞第2章試什的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研2．6小根據(jù)第2章試什的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研2．6小根據(jù)本試驗(yàn)的要求和目的，介紹了試件的設(shè)計(jì)依據(jù)和制作過(guò)程，以及位計(jì)、引伸儀及鋼筋應(yīng)變片的布置情況和本次試驗(yàn)的加載制從三個(gè)節(jié)點(diǎn)在加載過(guò)程的試驗(yàn)現(xiàn)象中·(1)三個(gè)試件均在△=]Omm時(shí)出現(xiàn)梁端垂直裂縫，在△=30ram時(shí)節(jié)心區(qū)出現(xiàn)第一條斜裂縫。最終都屬于粱端彎曲破壞縫，是由于SFBC2初始剛度較大，在相同加載位移的條件下其核心區(qū)所受的力較大剛度，兇此比CCBC更早達(dá)到試件的極限萄載。但是出于塑性鉸鋼纖維的增作用，荷載下降的速度要明顯小于CCBC頂位移較大時(shí)主筋滑移現(xiàn)象較為明顯。豐要是由于鋼纖維的摻入提高了試剛度，使得粘結(jié)應(yīng)力增大，而節(jié)點(diǎn)核心區(qū)基體混凝土強(qiáng)度不足造成了主筋破壞第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分3．1節(jié)點(diǎn)的滯回曲線及耗第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分3．1節(jié)點(diǎn)的滯回曲線及耗能特滯叫曲線是研究構(gòu)件抗震性能的重要指標(biāo)。一鮑雷和普里斯特力12q提出了回延性的概念。滯闡延性是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在抗力始終沒(méi)有明顯下降的情況結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所經(jīng)受的反復(fù)彈塑性變形循環(huán)能力。符合T鮑雷和普里斯特力滯延性定義的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，具有以下一些特性(1)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件至少能經(jīng)受住5次反復(fù)彈塑·(2)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在經(jīng)歷反復(fù)的彈塑性變形循環(huán)時(shí)，抗力的下降量始終不過(guò)初始抗力的20％(我國(guó)規(guī)定為15。o)上述定義清楚地反映了對(duì)抗震延性結(jié)構(gòu)的基本要求。依照這個(gè)定義設(shè)計(jì)延性結(jié)構(gòu)，可以使結(jié)構(gòu)在大地震下得以幸存。目前這個(gè)定義在世界范圍內(nèi)本文采用的是柱頂水平荷載P與柱頂水平位移△表示的滯回曲線影響節(jié)點(diǎn)滯回曲線的影響因素有一i同的形(a)理想彈塑性材料的滯回環(huán)為一對(duì)邊平行的封閉梭形(b)Bauschinger材料的滯回環(huán)為卸載直線，再加載為凸形曲線的豐滿梭形(C)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的滯回環(huán)一般為梭形或捏縮形第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分提高縱肉配筋率可以改善構(gòu)件的滯第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分提高縱肉配筋率可以改善構(gòu)件的滯劇特性和特性，增加反復(fù)荷載的包圍面積，緩解捏縮現(xiàn)象，可增強(qiáng)耗能能力，增大剛度，提高抗震能軸壓比越小，其滯回環(huán)越豐滿，捏縮現(xiàn)象越不明顯，耗能能力越強(qiáng)越好。當(dāng)軸壓比為零，即為受彎構(gòu)件時(shí)，滯回環(huán)包圍的面積達(dá)到最(4)在剪力、軸力和彎短的共同作用下，發(fā)生剪切破壞，其滯回環(huán)成反S形滯網(wǎng)環(huán)捏縮現(xiàn)象嚴(yán)重，延性降低(5)鋼筋和混凝土的粘結(jié)滑鋼筋混凝土構(gòu)件在地震荷載的作用下承受薩負(fù)彎矩的反復(fù)作用，內(nèi)滑移滯回曲線(f—S)與單調(diào)加載試驗(yàn)的f—S曲線相比，變形鋼筋的平均粘強(qiáng)度約降低t4％，而光圓鋼筋降低的幅度更大。鍘筋與混凝土的謄占結(jié)應(yīng)力一移(f—S)滯回曲線的捏縮現(xiàn)象較為嚴(yán)重，卸載時(shí)幾乎沒(méi)有恢復(fù)變形。反向載發(fā)生很大的反向滑移之后應(yīng)力才隨之增大，形成滑移平臺(tái)，造成鋼筋和十的粘結(jié)性能在荷載的反復(fù)作用下顯著退化127)本次試驗(yàn)所做三個(gè)節(jié)點(diǎn)的滯回曲線如圖3．1、圖3．2、圖3．3以前，節(jié)點(diǎn)的滯回曲線呈現(xiàn)明顯的尖梭形；節(jié)點(diǎn)開裂以后，滯回曲線逐漸挺縮而趨于弓形，說(shuō)明構(gòu)件有一定的滑移影響，捏縮以滯回環(huán)近半循環(huán)f}々寬(2)穿過(guò)節(jié)點(diǎn)區(qū)的梁縱筋的滑移(3)梁塑性鉸區(qū)的彎曲裂縫的閉合(4)試驗(yàn)裝置的松弛以上因素中，主筋的滑移是主要因素，由于主筋的滑移，粱端因此會(huì)產(chǎn)一個(gè)很大的附加轉(zhuǎn)角，這使得節(jié)點(diǎn)的滯同曲線出現(xiàn)捏縮現(xiàn)象，導(dǎo)致構(gòu)件耗第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理tj分么冊(cè)最舭z姜交逗乎綴瑚坳戮柱f覓晴穆△向10第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理tj分么冊(cè)最舭z姜交逗乎綴瑚坳戮柱f覓晴穆△向10CCBC圖‰∞'vJa一■紗z芒曩逗么f懶l(wèi)弱l量碡r糍-151(】O村預(yù)d夠蚓3．2SFBCl滯同曲第3辛試驗(yàn)結(jié)果的幫理與分i蕊：-J隧轡龐勵(lì)0【呵褫p第3辛試驗(yàn)結(jié)果的幫理與分i蕊：-J隧轡龐勵(lì)0【呵褫p2州一】 0十}項(xiàng)位移A／lfll螅3．3SFBC2滯同曲震能量的能力降低。在試驗(yàn)中，梁筋屜否滑移可以定性的從節(jié)點(diǎn)邊界處的應(yīng)變變化中判斷，如果鋼筋沒(méi)有滑移，則鋼筋的應(yīng)變隨著倚載方向的變化或受壓。如果方向改變而鋼筋的應(yīng)變保持原受力狀態(tài)，則說(shuō)明粘結(jié)力喪失筋滑移。從本試驗(yàn)的三個(gè)節(jié)點(diǎn)的滯回曲線町以看出：試件CCBC在破壞階段未出現(xiàn)明顯的倒s形，而試件SFBCl和SFBC2在極限狀態(tài)后捏縮現(xiàn)象較為明屆逐漸成明顯的倒S形1．23對(duì)某一個(gè)滯回環(huán)而言，加載曲線下與坐標(biāo)軸之間包圍的面積表示構(gòu)件吸能量的多少，卸載曲線F與坐標(biāo)軸之I'i||j包圍的面積表示構(gòu)件釋放能量的多少一個(gè)滯回環(huán)所包圍的面秘則表示構(gòu)件在一次加載中所消耗掉的能量。工程采用等效粘滯阻1}己系數(shù)氳I'q來(lái)7-0里!萱墮竺笙墨塑整堡!!坌叼圖3．4試驗(yàn)滯回環(huán)根據(jù)節(jié)點(diǎn)形成的滯回曲線，里!萱墮竺笙墨塑整堡!!坌叼圖3．4試驗(yàn)滯回環(huán)根據(jù)節(jié)點(diǎn)形成的滯回曲線，可以得出每個(gè)滯回環(huán)節(jié)點(diǎn)的等效粘滯阻尼系與加載位移之間的關(guān)系如圖3．50．】0】／：廬廠、∥旃0．】鑒萋乒p∥_OO(】0柱頂位1訇3．5第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分于梁端鍘纖第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分于梁端鍘纖維的阻裂作用使得梁節(jié)點(diǎn)的剛性增強(qiáng)，裂縫產(chǎn)生較遲，也減緩縫的，1：展，減輕了試件的塑性變形，同時(shí)，由于試件剛性增大，使得在大位蘅載下，縱筋與混凝士的錨固受到破壞，主筋出現(xiàn)了滑移，影響了其耗能指另一-h。面是由于鋼纖維只摻入在梁端塑性鉸局域，在增大梁的剛度，減小其形的州時(shí)，增大了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪切變形。過(guò)大的剪切變形容易使核心區(qū)剪切破壞，同時(shí)對(duì)于試件的耗能是不利的，因而耗能指標(biāo)出現(xiàn)了下降現(xiàn)象圖巾還fl，以看出，SFBC2的耗能能力在試驗(yàn)后期要較SFBCl大，這主要是由在大位移變形下，梁內(nèi)縱筋開始滑移后，較大體積率的鋼纖維能更有效地縱筋的滑3．2節(jié)點(diǎn)的骨架曲線特性分在低周反復(fù)荷載試驗(yàn)中，將每個(gè)卸載點(diǎn)用線相連，即得到節(jié)點(diǎn)的骨架曲線骨架曲線是每一一級(jí)循環(huán)的滯回曲線峰值點(diǎn)的包絡(luò)線，它能綜合反映模型受變形的關(guān)系，集中表現(xiàn)了模型在各個(gè)階段的性質(zhì)，是分析結(jié)構(gòu)彈塑性地震的重要依本試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)的骨架曲線如圖3．6所示。利用試驗(yàn)得到的骨架曲線，就能夠較地分析各個(gè)節(jié)點(diǎn)的剛度，強(qiáng)度及延性的大小I。l--逢．歹z≤挺-'1奄11—0枉頊位I。l--逢．歹z≤挺-'1奄11—0枉頊位移1圖3．6試件骨架曲i個(gè)試件的極值點(diǎn)特征值見表表3．1試件的極試極限強(qiáng)度107極限強(qiáng)度叫ft98．1極限強(qiáng)度Hi割線剛度1(1)強(qiáng)度二個(gè)試件的骨架曲線基本一致：隨加載位移的增加強(qiáng)度值不斷增加，到極限荷載后，強(qiáng)度又轉(zhuǎn)為逐漸降低，骨架曲線有明昂的屈服平臺(tái)。由骨架第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分各階段的強(qiáng)度值以及三個(gè)試件的第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分各階段的強(qiáng)度值以及三個(gè)試件的極限值比較可以看出：二二個(gè)試件CCBC、SFBCSFBC2各階段的強(qiáng)度值基本相同，極限承載能力分別為：】05．82KN，】104．70KN。在塑性鉸區(qū)域加入鋼纖維并不能明顯提高試件的強(qiáng)度由骨架曲線可以看出，在初始彈性階段，三個(gè)試件的剛度基本一致；進(jìn)鋼纖維的加強(qiáng)作用，剛度退化現(xiàn)象顯得較為平緩；進(jìn)入下降段后，試件的承載力下栽得較快，而SFBCI和SFBC2至試驗(yàn)結(jié)束都能保持較高的承載力從整個(gè)試件的剛度變化上看，加入鋼纖維能夠有效地提高試件在屈服后的剛延緩削度下降的速度，且SFBCl的剛度下降豹速度要比SFBC2慢，這主要于當(dāng)試件梁端裂縫開展后，盡管SFBC2在梁端上下層加入了更高體積率的鋼維，但是當(dāng)裂縫的開展越過(guò)上下表層的鋼纖維時(shí)，鋼纖維失去對(duì)試件整體的加強(qiáng)作用，從而使得試件SFBC2后期的剛度下降較試件SFBCl快。從到限荷載時(shí)試件的割線剛度來(lái)看，鋼纖維對(duì)試件剛度的增強(qiáng)作用較為明(1)延性在結(jié)構(gòu)抗震性能中，延性是反映結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或材料非彈性變形能力的一重要指標(biāo)，和強(qiáng)度同等重要。當(dāng)發(fā)生高于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震時(shí)，商延結(jié)構(gòu)具有較高的塑性變形能力，可發(fā)生結(jié)構(gòu)內(nèi)部的塑性內(nèi)力重分布，使結(jié)消耗更多的能量，從而減小結(jié)構(gòu)的破壞概率延性通常用延性系數(shù)表示，延性系數(shù)可分為曲率延性系數(shù)和位移延性系數(shù)曲率延性系數(shù)表征截面的延性，位移延性系數(shù)則表示的是構(gòu)件的延性，它與塑性鉸區(qū)的長(zhǎng)度和曲率大小有關(guān)，而且和構(gòu)件的長(zhǎng)度有關(guān)，一般要求滿足=3-412“。由于延性系數(shù)的意義在于將不同的構(gòu)件在同一標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行比較，因此本文采用延性系數(shù)為柱頂極限位移屯和屈服位移萬(wàn)。的比值11第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理1{分∥=式中：第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理1{分∥=式中：巧。一取P一△曲線下降段中0．85P。。荷載對(duì)應(yīng)的位J。一屈服位確定占。的常用方法有i中：一是能量等值法；二是幾何作圖法；三是變?nèi)鐖D3．7所示DO圖3．7能量等值法示意水平線相交于C點(diǎn)；由C點(diǎn)做垂線與F—D曲線的交點(diǎn)即Y點(diǎn)，如圖3．8所OD糊3．8兒何作蚓法示意第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分(3)變形變化率則取變形對(duì)荷載的變化率發(fā)生突變的點(diǎn)為第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分(3)變形變化率則取變形對(duì)荷載的變化率發(fā)生突變的點(diǎn)為屈服點(diǎn)三種方法中，幾何作圖法真接明了，因此本次坑的確定采用幾何作本次試驗(yàn)所得節(jié)點(diǎn)的加載特征點(diǎn)及延性系數(shù)見表表3．2試件的延性系數(shù)屈服位移破壞位移試5126，從肯架曲線中可以看出，試件CCBC承載力在越過(guò)極限狀態(tài)后下降速快，很快就失去承載力而停止試驗(yàn)，而試件SFBCI和SFBC2能有一個(gè)較平緩下降iF臺(tái)，表現(xiàn)出較好的延性。表中數(shù)據(jù)顯示：SFBCl的延性最好，這是由SFBCl在梁端塑性鉸區(qū)域全截面加入鋼纖維，使得鋼纖維對(duì)試件延性的作用以完傘的體現(xiàn)，而試件SFBC2由于在大位移變形時(shí)梁端塑性鉸區(qū)域表層鋼纖逐漸被拉斷或者拔出后裂縫深入未加鋼纖維的中問(wèn)混凝土層，使得鋼纖維件延性的改善作用不能持續(xù)，因而試件延性不如SFBCl3．3鋼筋應(yīng)變分。i個(gè)試件中梁內(nèi)縱筋靠近節(jié)點(diǎn)核心區(qū)部分均發(fā)生屈服，且發(fā)生屈服的位均為△=50mm。試件CCBC柱內(nèi)縱筋在A：90mm時(shí)屈服，而SFBCI和的杠內(nèi)縱筋均未屈服。在加載初期階段，試件SFBC2的應(yīng)變要小于試件在加載位移較大的階段，試件SFBC2柱內(nèi)縱筋的應(yīng)變?cè)黾铀俣纫笥诖鏄O限階段已經(jīng)接近其屈服強(qiáng)度。從節(jié)點(diǎn)核心區(qū)箍筋應(yīng)變結(jié)果看，在核心裂以靜，節(jié)點(diǎn)處于彈性階段，三個(gè)試件節(jié)點(diǎn)核心區(qū)箍筋的應(yīng)變均很小。當(dāng)核心區(qū)出現(xiàn)第一條裂縫時(shí)，箍筋的應(yīng)變突然出現(xiàn)一個(gè)較大的跳躍，極限位移第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分試什SFBC2箍筋的應(yīng)變最大，已接近鋼筋的屈服值，而SFBCI的最小。表明SFBCl的鋼第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分試什SFBC2箍筋的應(yīng)變最大，已接近鋼筋的屈服值，而SFBCI的最小。表明SFBCl的鋼纖維對(duì)節(jié)點(diǎn)整體剛度的增強(qiáng)作用明顯要好于SFBC2，而SFBC2核心區(qū)較大的剪切變形對(duì)于試件的耗能也是不利的。圖3．9和圖3．10為試件24號(hào)和21號(hào)應(yīng)變片應(yīng)變隨加載位移變化的情況／．纊、—廠＼。{夕交1崔＼＼r，’弋奠00】位移圖3．924號(hào)應(yīng)變片慮變變化——一CCBC——·一SFBCl—-·一：1＼掣】O1O位移蚓3IO21號(hào)麻變片應(yīng)變變第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分3．4小第3章試驗(yàn)結(jié)果的整理與分3．4小通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的深入分析，可得出以F結(jié)論(】)在梁柱節(jié)點(diǎn)梁端塑性鉸區(qū)域加入鋼纖維，對(duì)提高構(gòu)件的極限強(qiáng)度并明顯效果，但對(duì)試件的剛度有明顯的增大作用(2)在梁柱節(jié)點(diǎn)塑性鉸區(qū)加入鋼纖維呵以延緩構(gòu)件在屈服后剛度下降的度，使得試件在進(jìn)入下降段后有較明顯的平臺(tái)，從而提高整個(gè)構(gòu)件的延性指但是，只在梁端表層加入鋼纖維卻會(huì)由于裂縫的深入開展越過(guò)上下表層鋼區(qū)域而進(jìn)入中間普通混凝土層后使鋼纖維失去對(duì)試件延性的增強(qiáng)作(3)當(dāng)試件柱頂位移荷載較大時(shí)，由于試件SFBCl和SFBC2的剛度較大其主筋與基體混凝土的粘結(jié)作用遭到破壞，梁內(nèi)縱筋出現(xiàn)了較為明顯的滑象，這是其耗能指標(biāo)出現(xiàn)下降的一個(gè)主要因素。同時(shí)，在粱端加入鋼纖維起核心區(qū)較大的剪切變形，這對(duì)試件耗能也是不利的。因此，必須確保節(jié)心區(qū)基體混凝土的強(qiáng)度以滿足粘結(jié)錨固的要求以及“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)第4章鋼筋混凝十結(jié)構(gòu)非線性有限元分第4章鋼筋混凝土第4章鋼筋混凝十結(jié)構(gòu)非線性有限元分第4章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元4．1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性分鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是土建工程中應(yīng)用最為廣泛的一種結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝士構(gòu)的設(shè)計(jì)方法往往采用基于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)上的經(jīng)驗(yàn)公式，雖然這些經(jīng)驗(yàn)公式反映鋼筋混凝土構(gòu)件的非彈性性能，對(duì)常規(guī)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)也是行之有效且簡(jiǎn)便的，但是在使用I二畢竟有局限性，也缺乏系統(tǒng)的理論性。這種設(shè)計(jì)方法的不之處，主要有(1)規(guī)范提供的設(shè)計(jì)公式主要是針對(duì)桿件結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，如梁、柱和墻板等對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并未提供計(jì)算公式(2)規(guī)范提供的設(shè)計(jì)方祛，不能清晰地給出結(jié)構(gòu)在受到各種外荷載作用的備受力階段的性狀及其發(fā)展規(guī)律，不能揭示結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形重分布的過(guò)從而也不能較準(zhǔn)確地評(píng)估整個(gè)結(jié)構(gòu)的可靠性(3)規(guī)范計(jì)算公式只是保證安全的一種算法，并不能算出結(jié)構(gòu)在正常使荷載下，構(gòu)件內(nèi)部任一點(diǎn)的應(yīng)力或應(yīng)變狀態(tài)為了克服上訴不足，人們?cè)隽舜罅康难芯抗ぷ?，探索考慮塑性變形的構(gòu)非線性分析方法，以便能正確反映鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況。考慮塑’睦形的結(jié)構(gòu)非線性分析通?？梢圆捎脙深惙椒ǎ?類方法是假設(shè)材料為剛塑性按塑性變形規(guī)律研究結(jié)構(gòu)達(dá)到塑性極限狀態(tài)時(shí)的行為，在分析中忽略彈性的影響。這類方法通常稱之為極限分析理論，它只能給出結(jié)構(gòu)的極限葡載破壞形態(tài)；另一類方法是研究隨著荷載的不斷增加，結(jié)構(gòu)如何由彈性狀態(tài)到彈塑性狀態(tài)，最后達(dá)到塑性極限狀態(tài)從而喪失承載能力的。這類方法是塑性變形理論為基礎(chǔ)的，研究結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形發(fā)展的全過(guò)程，通常稱之為性分析方法。鋼筋混凝土非線性有限元分析就是一種很有效的彈塑性分析方第4章鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)1F線性有限鋼筋混凝土有限元分析的發(fā)展及其自20世紀(jì)60第4章鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)1F線性有限鋼筋混凝土有限元分析的發(fā)展及其自20世紀(jì)60年代以來(lái)，鋼筋混凝土有限元分析方法發(fā)展迅速，并得到廣泛應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)結(jié)構(gòu)白受荷到破壞的全過(guò)程進(jìn)行分析，可以獲得從開始受荷直至破壞的受力性能的各種情況，包括：混凝土塑性的影響、的形成和發(fā)展、鋼筋和混凝土之間的粘結(jié)滑移、鋼筋的屈服與強(qiáng)度，以及_十-壓碎破壞等，從而可以對(duì)這些問(wèn)題的本質(zhì)進(jìn)行比較全面的分析和研究，確結(jié)構(gòu)的開裂荷載和破壞荷載，為設(shè)計(jì)提供可靠的依鋼筋混凝土有限元分析方法能夠給出結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形發(fā)展的全過(guò)程；能模擬裂縫的形成和擴(kuò)展，以及結(jié)構(gòu)的破壞過(guò)程及其形態(tài)；能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的極載能力和可靠度做出評(píng)估；能夠揭示出結(jié)構(gòu)的薄弱部位和環(huán)節(jié)，以利于優(yōu)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，它能廣泛地適應(yīng)于各種結(jié)構(gòu)類型和不同的受力條件與環(huán)境是，和‘般連續(xù)均勻介質(zhì)力學(xué)中的有限元方法相比，對(duì)鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)進(jìn)行限元分析還存在4i少困難，這些困難主要有(1)鋼筋和混凝土是由兩種力學(xué)性質(zhì)很不相同的材料組成的，而且尺度差很大(2)混凝土材料性質(zhì)的復(fù)雜性(3)在荷載作用下，一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是帶裂縫工作的，而且這些裂隨著荷載的增減和時(shí)間的推移而發(fā)生變化(4)混凝十I的變形與時(shí)間有關(guān)，如收縮和徐變，其規(guī)律還有待于深入研究(5)鋼筋和混凝土之所以能組合起來(lái)共同工作，主要是兩者之間存在有結(jié)作用。但粘結(jié)力與其相對(duì)變形的關(guān)系很復(fù)雜，影u日因素很多。由—f量測(cè)技等方I雨的限制，粘結(jié)滑移的本構(gòu)關(guān)系仍然是目前重要的研究課題盡管存在上述各種復(fù)雜的因素，各國(guó)學(xué)者的研究還是取得了很大的最早把有限元分析方法用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的是美國(guó)學(xué)者DNgoAC．Seordelies。在他們的研究中(1967年)，沿用己有的有限元方法，將鋼筋混凝{：均劃分為三角形單元，用線彈性理論分析混凝士和鋼筋的應(yīng)力；針對(duì)第4章鋼筋混凝十結(jié)構(gòu)非線性有限元分土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在鋼筋與第4章鋼筋混凝十結(jié)構(gòu)非線性有限元分土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在鋼筋與混凝土之間附加了一種粘結(jié)彈簧，從而可以分析f頓力的變化；對(duì)于裂縫，作者根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)，預(yù)先設(shè)置了‘條剪切斜裂縫，縫間也附加了特殊的連結(jié)彈簧，以模擬混凝土裂縫問(wèn)的骨料咬合力和鋼筋栓作用。這篇研究論文的發(fā)表引起了很大的反響。歐洲混凝土委員會(huì)1990年混凝土模式規(guī)范(CEB．90)己經(jīng)將混凝土有限元分析方法納入其有關(guān)條文中我國(guó)水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范也在附錄中列入了有關(guān)有限元分析的條裂縫處理始終是混凝土有限元分析的關(guān)鍵問(wèn)題。初期的混凝土有限元分采用分離式裂縫，即裂縫置于單元之間，一旦裂縫發(fā)展，則需要重新劃分網(wǎng)這是很費(fèi)工時(shí)的，限制了它的進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用。Franklin于1970年提出了“散裂縫”的概念和處理方法，可以自動(dòng)追蹤裂縫的發(fā)展，這為有限元分析混土結(jié)構(gòu)提供了有力的手段，得到了廣泛的應(yīng)用。八十年代，人們又將斷裂和損傷力學(xué)用于混凝土的裂縫分析，取得了可喜的進(jìn)在混凝土有限元分析中，單元?jiǎng)澐址椒ㄒ灿辛溯^大的發(fā)展。早期是與單或幾種連續(xù)介質(zhì)材料組成的有限元?jiǎng)澐址椒ㄒ粯樱瑢摻詈突炷辆鶆澐中稳?，這對(duì)大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的分析是難以實(shí)現(xiàn)的。后來(lái)提出了分層式單元，用于受彎構(gòu)件的分析，可以計(jì)算出隨荷載增加而裂縫沿高度截面丌展的情況。另一種單元?jiǎng)澐质怯蒢ienkiewicz建議的帶膜組合式，用于核電三維結(jié)構(gòu)的分析，取得了許多有價(jià)值的結(jié)果。稍后，美國(guó)的Schnobrich提出種“彌散”鋼筋的方法，即把鋼筋化為等效的混凝土，然后統(tǒng)‘計(jì)算剛度陣鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)的有限元分析離丌計(jì)算機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的，兇而程序編特別重要。目前，世晃各困都編制了眾多的用于混凝土有限冗分析的專用程用束分析粱、柱單個(gè)構(gòu)件，以及桿系結(jié)構(gòu)和板、殼等不同類型的結(jié)構(gòu)，并廣應(yīng)用]二海岸工程、核電站工程、大壩工程等大型結(jié)構(gòu)的分析中，取得了良的實(shí)際效果；除靜力分析外，對(duì)溫度作用、地震反應(yīng)以及撞擊和爆炸波作的動(dòng)力分析等領(lǐng)域也進(jìn)行了廣泛的研究第4章鋼筋混凝十結(jié)構(gòu)1l二線性幽j二實(shí)際鋼筋混凝土分析需要大容量、高速第4章鋼筋混凝十結(jié)構(gòu)1l二線性幽j二實(shí)際鋼筋混凝土分析需要大容量、高速度的計(jì)算機(jī)，計(jì)算費(fèi)用較高因而對(duì)量大面』‘‘的常規(guī)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要還是根據(jù)規(guī)范的傳統(tǒng)方法進(jìn)行計(jì)計(jì)算。目前，鋼筋混凝土有限元分析主要用于以下三種情(J)用于重大結(jié)構(gòu)，如核電站的安全殼、壓力殼、海上!：采油乎臺(tái)、大型(2)用于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的全過(guò)程分析。對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件與結(jié)構(gòu)進(jìn)行從加到破壞的全過(guò)程分折，可對(duì)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的性能及其實(shí)際的極限荷載有更深『F確的了解，能揭示出結(jié)構(gòu)的薄弱部位，能對(duì)其可靠性作出正確的評(píng)價(jià)，并(3)輔助實(shí)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)分析。采用有限元分析，則可用少量試驗(yàn)確定基參數(shù)，然后在分析中調(diào)整參數(shù)，輔助分析參數(shù)變化的影響，同樣可以達(dá)到目作為一門新的結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，鋼筋混凝土有限元分析具有廣泛的應(yīng)用Ij{f但它還在不斷地發(fā)展和完善之中，不儀有許多理論闖題尚待深入研究，而實(shí)際應(yīng)用方面，針對(duì)不同的作用環(huán)境和不同類型的結(jié)構(gòu)物，還需要不斷擴(kuò)究領(lǐng)域4．1．2白1967年美國(guó)學(xué)者將有限元分析方法應(yīng)用于鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的分析柬，在以后的30多年中，各國(guó)學(xué)者在這一領(lǐng)域進(jìn)行了不懈努力并取得了顯著成果，鋼筋混凝_十．結(jié)構(gòu)有限元分析大體L經(jīng)歷Z-個(gè)發(fā)展階段Ij?第一個(gè)階段是1967一]977年，在這個(gè)階段中，在Ngo和Scordelis的：]作Crack)模式，將鋼筋分布在礎(chǔ)上，提出了彌散(或稱分布)裂凝土單元中，假定鋼筋和混凝土之間有效粘結(jié)；有些研究中還用拉伸強(qiáng)(Tensj徹Stiffening)的概念以考慮裂縫之間混凝土對(duì)受拉的貢獻(xiàn)。由于彌散縫模式計(jì)算,gx,I簡(jiǎn)單并具有較好的精度．這一模式己被應(yīng)用于平面應(yīng)力、平應(yīng)變、板彎曲、殼體、軸對(duì)稱和三維實(shí)體問(wèn)題之中。對(duì)于板彎曲和殼體問(wèn)第4章鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)非線性有限元分使用了分層單元，并假定第4章鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)非線性有限元分使用了分層單元，并假定每～個(gè)混凝土單元處?。p向受力狀態(tài)，裂縫沿板層的發(fā)展。這些單元已被用于核反應(yīng)堆安全殼、存儲(chǔ)容器和海洋石油平臺(tái)型混凝土結(jié)構(gòu)的非線性分析中。這一階段的研究和應(yīng)用都取得了很大的進(jìn)展但總的來(lái)說(shuō)，不管是理論研究還是工程應(yīng)用，都比較粗糙，處于探索階第二：個(gè)階段是1977—1985年，在這個(gè)階段中，研究工作主要町分為兩面。一方砸是繼續(xù)在單元模式的選取、混凝土的本構(gòu)關(guān)系和破壞理論、裂縫模擬和拉伸強(qiáng)度、骨料咬合和銷栓作用以及粘結(jié)方面進(jìn)行深入的研究。另‘一面是系統(tǒng)性的總結(jié)和交流工作，美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)組織了一個(gè)20人的委員會(huì)花了jL年的時(shí)間，總結(jié)和分析了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有限元結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域的大量究資料和信息，在1982年5月發(fā)表了長(zhǎng)達(dá)545頁(yè)的綜述報(bào)告，內(nèi)容系和破壞理論、鋼筋模擬及粘結(jié)的表示、混凝±開裂、剪力傳遞、時(shí)間效應(yīng)動(dòng)力分析、數(shù)值算例和應(yīng)用；還在附錄中發(fā)表了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性的元程序。在這一時(shí)期，歐洲和亞洲的一些學(xué)者也在鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)的有限析方斷進(jìn)行了大量的研究工作，1987年7月在聯(lián)邦德國(guó)召開了“鋼筋混凝土間結(jié)構(gòu)非線性性能”的幽際會(huì)議；1981年，國(guó)際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會(huì)在荷蘭開了“高等混凝土力學(xué)”的國(guó)際會(huì)議；1984年，在前南斯拉夫召開了“混凝結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)”國(guó)際會(huì)議。同時(shí)，日本學(xué)者的研究工作在起較晚的情況下很快的發(fā)展到了應(yīng)用階段，并且在與試驗(yàn)的結(jié)合方面取得了笫二三個(gè)階段是1985年到現(xiàn)在，除在混凝土的本構(gòu)關(guān)系的表達(dá)和試驗(yàn)研究而繼續(xù)進(jìn)行更深入的研究之外，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元分析進(jìn)步向用方向發(fā)展，努力把現(xiàn)有的分析方法和工程設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。同時(shí)，研究的也進(jìn)一步擴(kuò)展到動(dòng)力、沖擊荷載下的非線性分析，分析模型和材料參數(shù)成測(cè)鋼筋混凝上結(jié)構(gòu)在動(dòng)力和沖擊荷載下性能的研究熱點(diǎn)；高強(qiáng)混凝土和受混凝：卜結(jié)構(gòu)的非線性有限元分析也受到了重視；材料非線’眭、幾何非線性以時(shí)問(wèn)因素的綜合考慮也融入了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元分析。在混凝第4章鋼筋混凝+紿構(gòu)啦線性有限元分構(gòu)中，與時(shí)間因素有關(guān)第4章鋼筋混凝+紿構(gòu)啦線性有限元分構(gòu)中，與時(shí)間因素有關(guān)的效應(yīng)包括茍載、預(yù)應(yīng)力、環(huán)境因素以及隨時(shí)劇推變化的徐變、收縮、老化、熱效應(yīng)和預(yù)應(yīng)力筋的松弛等。在這一時(shí)期中在鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)非線性有限元分析的大部分領(lǐng)域開展了研究工作，取得大的進(jìn)展。我國(guó)雖然沒(méi)有專門召開過(guò)鋼筋混凝土非線性有限元分析方面的會(huì)但這方面的研究工作在計(jì)算力學(xué)、結(jié)構(gòu)工程、地震工程等全國(guó)性的學(xué)術(shù)會(huì)有所反映，也出版了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性有限元分析方面的專著，反映國(guó)在這一方面的研究威。近幾年來(lái)，我過(guò)在地震{乍用下鋼筋濕凝±結(jié)構(gòu)的非性有限元時(shí)程分析方面所做的工作也在國(guó)際上產(chǎn)生了?定的影響4，1．3通用有限元分析軟件ANSYSANSYS程序是一個(gè)功能強(qiáng)大的靈活的設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化，融結(jié)構(gòu)、熱、流體電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元商用分析軟件，可廣泛應(yīng)用于各個(gè)行ANSYS公司成立于1970年，總部位于美國(guó)賓夕法眉亞州的涯茲堡，目是世界CAE行業(yè)最大的公司，其創(chuàng)始人Swanson博士為匹茲堡大學(xué)力學(xué)教授、有限元界的權(quán)威。他洞察了計(jì)算機(jī)模擬工程商品化的發(fā)展，把握了元軟件發(fā)展的方向，使ANSYS公司在同行業(yè)中～直處于領(lǐng)先地位ANSYS軟件在建筑結(jié)構(gòu)中主要用于研究系統(tǒng)受到外力加載后所出現(xiàn)應(yīng)，如位移、應(yīng)力、溫度等；根據(jù)該反應(yīng)可知道建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力加的狀態(tài)，迸而判斷是否符合設(shè)計(jì)要求。在有限元分析中，它通常包括三個(gè)模(1)前處理模塊(PreP7)，主要實(shí)現(xiàn)三種功能：參數(shù)定義、實(shí)體建模和(2)解題模塊(Solution)，是程序用來(lái)完成對(duì)已生成的有限元模型迸行學(xué)分析和有限元求解的。在此階段，用戶可以定義分析類型、分析選項(xiàng)、(3)后處理模塊(Postl和Post26)，通用后處理器(PostI)整個(gè)模塊或選定的部分模塊在某一子步(時(shí)間步)的結(jié)果，可以獲得等值線第4章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性柯限元分示、變形形狀以及檢第4章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非線性柯限元分示、變形形狀以及檢查和解釋分析的結(jié)果和列表；時(shí)問(wèn)歷程后處理器可用于查看模型的特定點(diǎn)在所有時(shí)間步內(nèi)的結(jié)果，可獲得結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)間(率)的關(guān)系的圖形曲線以及列表4．2材料的本構(gòu)關(guān)4，2．1混凝土及鋼纖維混凝土本構(gòu)存鋼筋混凝士材料中，混凝土的材料性能最為復(fù)雜。目前眾多理論被用建立混凝土本構(gòu)關(guān)系的理論依據(jù)，例如：彈性理論、非線性彈性理論、彈理論、粘彈性理論、粘塑性理論、斷裂力學(xué)理論、損傷力學(xué)理論、內(nèi)時(shí)理論迄今為止，由于鋼筋混凝土材料的復(fù)雜因素，還沒(méi)有一種理論模型被公認(rèn)以完全描述混凝土材料的本構(gòu)關(guān)系‘34J鋼纖維混凝土是復(fù)雜的多相復(fù)合材料，作為非均質(zhì)體，其應(yīng)力應(yīng)變曲線均質(zhì)材料復(fù)雜得多，原材料性能、測(cè)試技術(shù)、試驗(yàn)條件等對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線狀有一定影響。有關(guān)鋼纖維混凝土本構(gòu)關(guān)系的研究，目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行得較少對(duì)于鋼纖維混凝土可以借用混凝土的已有本構(gòu)模型來(lái)描述其本構(gòu)關(guān)系【2]，本文了與普通混凝土作對(duì)比比較，對(duì)鋼纖維混凝土采用與其基體混凝土相同的關(guān)系方程，通過(guò)調(diào)整其參數(shù)來(lái)體現(xiàn)對(duì)鋼纖維混凝土的增強(qiáng)作用【14,39將在第5章中介紹混凝士單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變的方程式最基本的本構(gòu)關(guān)系，又是多軸本構(gòu)關(guān)的基礎(chǔ)，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的非線性分析中，它足不可或缺的物理方程算結(jié)果的準(zhǔn)確性起決定性作用。另外，在ANSYS程序中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非性分析中只需輸入混凝土的草軸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系即可，因此在這里只討論混單軸受壓時(shí)的本構(gòu)關(guān)系。經(jīng)過(guò)比較和綜合眾多學(xué)者提出的本構(gòu)關(guān)系m36期采用的混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線如圖4．1(1)L升第4章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)撲線性有限混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線的上升段采用Saenz單軸受壓第4章鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)撲線性有限混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線的上升段采用Saenz單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線的上升它的表達(dá)式為JsoL占式中：E．——混凝土初始彈性模E，——峰值應(yīng)力處的割線彈性模占?！逯祽?yīng)力對(duì)應(yīng)的壓應(yīng)(2)下降混凝土應(yīng)力應(yīng)變曲線的下降段采用清華大學(xué)過(guò)鎮(zhèn)海建議的公式137盯2—————————=_式中：％——下降段參數(shù)，表明混凝土強(qiáng)度在達(dá)到峰值后跌落變化的快其值隨著混凝土強(qiáng)度的提高而增大，反映了混凝土隨著強(qiáng)應(yīng)力盯曲笛∞¨m000000O圖4．1混凝十應(yīng)第4章鋼筋混凝十結(jié)構(gòu)非線性有限元分在理論分析巾，鋼筋的應(yīng)第4章鋼筋混凝十結(jié)構(gòu)非線性有限元分在理論分析巾，鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系一般選用理想化的模型。單向加載軟鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線可以分為三段：彈性段，屈服平臺(tái)和強(qiáng)化段。彈性段是以(鋼筋的彈性模量)為坡度的一段直線；屈服平臺(tái)是坡度為零的一段水平線強(qiáng)化段則可用曲線或直線表示。在實(shí)際的具體分析中，由于一般鋼筋混凝件在破壞時(shí)鋼筋變形通常仍處于屈服臺(tái)階范圍以內(nèi)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算又保證精度，鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變曲線常按問(wèn)題的性質(zhì)適當(dāng)加以簡(jiǎn)化，其中的理想彈曲線被廣泛應(yīng)用。該本構(gòu)曲線假定鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度后即發(fā)生塑性流動(dòng)破壞。理想彈塑性鋼筋本構(gòu)曲線形式簡(jiǎn)單，但此曲線模型用于有限元非線析的增量計(jì)算過(guò)程中，會(huì)因?yàn)殇摻钋芯€模量為零而使總剛度矩陣中主對(duì)角現(xiàn)零元素而造成計(jì)算上的困難。圖4．2為理想彈塑性曲線的修正：在鋼筋屈服后鋼筋的彈性模量通常取為其初始彈性模量的O．01倍138】。這樣可以即考慮鋼筋應(yīng)變硬化性能，又避免鋼筋屈服后因切線模量為零引起的計(jì)算困難問(wèn)南㈣㈣㈣㈣應(yīng)變o00圖4．2鋼筋應(yīng)力麻變曲4．3混凝土強(qiáng)度準(zhǔn)則模型點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)在主應(yīng)力空間里可以很方便地使用Haigh-Westegaard坐第4章鋼筋混凝十：結(jié)構(gòu)非線性括，B以證明，f，n口三個(gè)參數(shù)與應(yīng)力不變量有如第4章鋼筋混凝十：結(jié)構(gòu)非線性括，B以證明，f，n口三個(gè)參數(shù)與應(yīng)力不變量有如下關(guān)孝=擊扣函。=屈P=歷=拉cos㈤=竽此時(shí)，混凝土的破壞準(zhǔn)則可表示為㈤廠皓，p,o，k。