钢筋混凝土柱钢梁组合节点力学性能初探

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1、钢筋混凝土柱钢梁组合节点力学性能初探　　1钢筋混凝土柱-钢梁组合节点设计钢筋混凝土柱-钢梁组合节点形式多样，一般可分为柱贯通型和梁贯通型两种。梁贯通型组合节点由于翼缘的存在，不利于浇灌混凝土的浇灌。为了研究柱贯通型RCS节点的受力特点与破坏模式，设计了6种不同构造形式的钢筋混凝土柱-钢梁组合节点，对其进行研究分析。本文主要研究不同构造形式下构件承载力，为真实反应节点的受力性能，试件选用型号Q235常用钢材，钢筋选用HPB335级钢筋，混凝土强度选用C40混凝土(a)RCS-J1(b)RCS-J2(c)RCS-J3(d)RCS-J4(e)RCS-J5(f)RCS-J6图1R

2、CS节点详图Fig．1Detailsofjoint表1试件材性参数表Table1Detailsofspecimens试件号构造形式节点核心区构造面承板厚度扩展面承板扁钢箍正交短梁交叉钢筋柱面钢板RCS-J1面承板面承板+箍筋10mm－－－－－RCS-J2扩展面承板面承板+扩展面承板+箍筋10mm高60mm，截面尺寸同钢梁－－－－RCS-J3扁钢箍面承板+扁钢箍+箍筋10mm－60mm×6mm－－－RCS-J4正交短梁面承板+正交短梁+箍筋10mm－－截面尺寸同钢梁－－RCS-J5X交叉钢筋面承板+X交叉钢筋+箍筋10mm－－－4B12－RCS-J6柱面钢板面承板+柱面钢板

3、10mm－－－－4mm注:①钢梁屈服强度fyb为235、钢筋屈服强度fyc为335和混凝土立方体强度fcu为40，单λ均为N/mm2;②柱截面尺寸350mm×350mm，梁截面350mm×175mm×9mm×11mm，柱纵筋12B20;3柱箍筋为井字复合箍B8@100/200，节点核心区箍筋箍为双肢箍B8@60。　　　2建立有限元模型采用有限元软件ABAQUS(Hibbitt等)进行数值分析。　　2．1材料的本构关系模型本文钢材应力-应变关系模型采用二次塑流模型。混凝土单轴受压应力-应变关系模型，暂忽略箍筋对混凝土的约束作用。采用Attard和Setunge等模型。其单轴

4、应力(σc)-应变(εc)关系如式(1):　　Y=AX+BX21+CX+DX2(1)式中，Y=σc/fc';X=εc/εco;σc和εc分别为混凝土的应力和应变，fc'和εco分别为混凝土圆柱体轴心抗压强度及其对应的应变。具体参数详见文献。本文混凝土受拉采用应力-断裂能模型。断裂能Gf参考欧洲的模式规范(CEB-FIPMC90)的建议，混凝土断裂能Gf可按式(2)计算。Gf=α·fc'()100．7×10－3(2)其中:&

5、alpha;=1．25dmax+10;dmax为粗骨料的粒径;fck为混凝土抗压强度。混凝土峰值拉应力σt0参考沈聚敏等中提供的混凝土抗拉强度计算公式计算，混凝土峰值拉应力按式(3)计算:σt0=0．26×(1．5fck)2/3(3)　　2．2单元类型及网格划分在ABAQUS有限元模型中，混凝土、钢梁和加载板采用8节点完全积分格式的三维实体单元C3D8。钢筋采用Truss单元。采用映射网格。为兼顾计算精等·钢筋混凝土柱-钢梁组合节点力学性能初探度与计算成本，网格单元尺寸为50mm。　　2．3边界条件及荷载施加方式本文的边界条件为柱底部及梁端铰接。加

6、载方式是，先在柱顶施加轴向荷载，之后再施加水平荷载。采用全模型建模。与边界条件如图2所示。在钢筋混凝土柱底部为铰接，梁左右端为铰接。在柱顶端施加2方向的λ移约束，以防止柱发生侧移。在ABAQUS中设置两个加载步，第一个荷载步是以集中力形式施加于柱顶端的加载板。第二个荷载步是在柱顶端施加水平荷载，以λ移形式加载。　　2．4界面接触模型钢梁和混凝土的界面模型处理是合理模拟钢筋混凝土柱-钢梁节点力学性能的关键。钢梁与混凝土的界面模型由界面法线方向的接触和切线方向的粘结滑移构成。法线方向的接触采用硬接触，垂直于接触面的界面压力可以完全在界面间传递。本文钢管与混凝土界面切向力模拟采

7、用库仑摩擦模型。其中，μ为界面摩擦系数，建议取μ=0．25。钢梁和面承板的接触，钢梁自身翼缘与腹板的接触，钢梁与扁钢箍(柱面钢板)的接触，钢梁与X筋以及加载板与柱端混凝土的接触，均采用绑定约束(TIE)来模拟。　　　3RCS组合节点工作机理　　3．1RCS组合节点的算例验证通过以上方法对文献中的试验进行了验证，计算结果良好。　　3．2RCS组合节点的计算结果对6种不同构造的RCS组合节点的结算，RCS-J2节点由于扩展面承板的存在，节点区腹板高度增加和其包裹的混凝土体积增图3节点网格划分与边界条件示意图Fig．3C