竖向荷载下钢筋混凝土斜柱—剪力墙局部转换节点的非线性有限元分析研究

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现有的对斜柱局部转换节点受力性能的研究大多仅限于通过试验了解结构的竖向受力性能,作为高层建筑设计的关键部位之一,斜柱转换局部节点值得通过更细致、多样的研究方法获得多方面的结构性能。于是本文在已有试验的基础上,通过由ANSYS非线性有限元分析得到的竖向荷载下斜柱局部转换节点的受力性能结果和试验结果进行对比,内容包括裂缝的产生和发展情况、转换梁混凝土应力分布、转换梁纵筋应力分布以及剪力墙竖向应变分布情况等,验证了该程序在分析复杂钢筋混凝土节点方面的可靠性,并且通过改变斜柱转换节点的有关参数如斜柱倾斜角度、转换梁截面高度、混凝土强度等,用ANSYS进行分析,进一步研究这些参数对模型受力性能的影响。 本文采用工程界广泛使用的ANSYS有限元分析程序。采用程序内建的SOLID65单元和CONCRE材料模拟混凝土。其中,SOLID65单元为8节点6面体单元,可以在三个方向考虑弥散式的加强材料,本文的剪力墙即由于钢筋布置均匀而采用这种弥散式模型;与CONCRE材料结合,SOLID65单元可以模拟混凝土的开裂与压碎,破坏准则为William-Warnke五参数准则。除剪力墙中的钢筋本文模型中其他纵筋采用LINK8单元模拟,该单元只传递轴力且没有体积。混凝土的本构关系采用在多线性各向同性强化模型中定义由修正Kent-Park模型确定的应力—应变点的方法来定义,采用修正Kent-Park模型是为了模拟混凝土受箍筋约束而强度提高的现象。钢筋材料用双线性随动强化模型模拟,采用双斜线(弹塑性)模型。本文模型没有考虑钢筋和混凝土间的粘结滑移。 通过对试件的非线性全过程分析并与试验结果对比表明二者具有良好的一致性。主要表现在应力状态,裂缝的产生和发展规律,荷载的传递路径以及试件最后的破坏形态等。 进一步分析表明,提高混凝土的强度能够明显改善节点的受力性能。斜柱高度的增加使方柱传递荷载的比例减小,也使剪力墙各点的应变分布更均匀,这对墙受力是有利的。采用合适的混凝土强度、斜柱高度等参数,针对转换梁的斜拉、受剪破坏和剪力墙的局部受压破坏采取一定的构造措施,能够使斜柱转换节点实现最优的受力状态,达到减小转换梁高度获取有用空间的目的。
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