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万鹏等： 混凝土柱后接梁接头抗剪性能有限元分析 6 l 混凝土柱后接 梁接头抗剪性 能有 限元分析 万鹏 ， 李永泽 ， 叶玲 ( 哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院 ． 哈尔滨1 5 0 0 0 1 ) 【 摘要】 化学植筋技术已经广泛用于混凝土柱后接梁接头工程中， 但对这种后锚 固情况下的抗剪承载力 的研究还较少 ， 因此后锚固梁节点抗剪性能的分析研究 ， 对促进化学植筋理论和技术的发展有着举足轻重的作 用。本文对相关文献实验采用 A B A Q U S有限元软件， 对锚固段中的钢筋应变 、 钢筋拔出位移进行了数值模拟； 同 时采用非线性弹簧单元模拟植筋胶与钢筋之间的粘结作用， 分析方法和结论可供实际工程参考。 【 关键词】 化学植筋 ； 柱后接梁接头； 数值模拟； 非线性弹簧 【 中图分类号】 T U 3 7 5 ． 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 4 ) 0 8 一 o 0 6 1 一 O 3 在混凝 土结构 工程 的加 固改 造 中 ， 新 老 混凝 土构 件间的连接是建筑结构受力的一个薄弱环节。混凝 土柱后接梁接 头是 不 同龄 期混凝 土 的交界 面 ， 由于后 浇混凝土的收缩而形成了一个抗剪薄弱面， 对剪力传 递造成不利 。在实 际工程 中 ， 混凝 土柱 后接 梁一 般是 先通过植筋技 术在 既有钢筋混 凝土柱 中植 入纵 筋 ( 抗 剪筋 ) ， 来 提高 后接 梁 接头 的抗 剪 承 载力 ⋯。本 文采 用 A B A Q U S有 限元 软 件 对 后 锚 固梁 柱节 点 的抗剪 性能进行 了数值模 拟。 1 后锚 固梁柱节点试验 试验加 载图见图 l 所示 。采用 文献 中的柱后接 梁接头抗剪 试验 ， 试件 尺寸 及 配筋 见 图 2 。混凝 土强 度设计 等级 为 C 3 0 ， 混凝 土弹性 模 量取 3 0 8 1 5 N ／ m m ， 泊松 比取 0 ． 2 。纵筋采用 直径 2 O的 H R B 3 3 5级钢筋 ， 屈服强度 为 4 0 0 N ／ mm ， 弹性模 量取 2 ． 11 0 N ／ ra m ， 泊松 比取 0 ． 3 。箍筋为直径 8的 H P B 2 3 5级钢筋 ， 保护 层厚 度 为 3 0 m m。梁 纵 筋 植 入 柱 中 深 度 为 1 5 d： 3 0 0 m m。加载时将柱作为基础 固定在地上 ， 底面约束 6个 方向 的 自由度 ， 梁端施加 水平荷 载 ， 加载位 置距基 础项 面 1 2 0 0 m m处 。加载 的初 始增 量步 与最小增量 步 分别 取 0 ． 0 0 1 ， l e 一 2 0 。 基 础 图1 试验加载装鬣 试验结果如表 1 所示 ， 其中P 为极限荷载； P 为 峰值荷载 ； P 和 △ 分别为开裂荷载及对应 的开裂位 移 ； △ 为屈 服荷 载 P 对应 的屈服位移 。 ．J - 1 — L 5 2 5 5 2 5 1 ’ ] 21 1 l l I I l J l l f 1 I l J ： l I f l 丌 J 植筋构件配筋图 ) 蠡 5 0 ) H 1 一 l 截 面配筋图 lL 1l 甚 4 ( 0 植筋钢筋中心 + _ _ — 截而配筋图 图 试件尺寸及配筋图 ( 单位 ： ) 表 1 承载力与位移试验 结果 = = c ． n 如图 3所示 ， 荷载从加载到 ． 位移基本 保持不变， 达到极限承载力位移开始不断增大 ， 位移 增长到 ． 时试件破坏。 2 后锚 固梁柱 节点有 限元建模 建模中混凝土本构模型为损伤塑性模型 ， 并选用 万鹏等： 混凝土柱后接梁接头抗剪性能有限元分析 6 3 ‘ ● 厶 蓦 档 器 图 1 2 锚固段钢筋应力随深度变化 图 Z 牲 图1 3 钢筋根部结点拔 出位移的变化图 图l 4 位移一 荷载图 N ／ m m ， 超过 了定义 的名义屈服强度 3 1 0 N ／ m m 2 ， 钢筋 屈服， 该处钢筋应变也最大； 植筋锚 固段上部钢筋应 变 大 ， 下 部 钢筋应 变 小 ， 与 实验 中应 变 片测 得 的结 果 一 致 ， 说明植筋胶粘结效果好 ， 钢筋锚固良好。如 图 1 2 所示， 钢筋应力随埋深呈线性减小。钢筋拔出位移 在 加载处最 大 ， 最 大 值 为 3 ． 6 2 m m， 位 移 沿纵 筋 向下 ， 沿箍筋 向右均逐渐减小。 表 2 位移 承载力对 比 由于在植筋 范 围 内建立 了弹簧 单 元 用 于模 拟植 筋胶与钢筋的粘结滑移性能 ， 可以查询钢筋根部结点 ( 距界面 3 0 0 m m处) 拔出位移的变化 。如图 1 3所示 ， 拔 出位移随着加载 的进 行逐 渐增大 ， 刚开 始拔 出位移 增加较快， 后来拔出位移增加速度越来越慢， 最后拔 出位移达到最大值 0 ． 0 3 7 ra m， 拔出位移很小 ， 说明埋 深为 1 5 d时， 植筋锚固效果很好， 满足设计要求。同时 可以认为用非线性弹簧单元 S P R I N G A模拟锚固深度 范围内植筋胶与钢筋的粘结作用是比较合理的 ， 体现 了植筋胶 的粘结作用 。 从图 1 4位移 一 荷载图可以看出， 荷载随位移增大 的速度越来越慢， 在位移达到 2 7 ． 8 4 mm时， 荷载达到 最大值 3 2 ． 9 4 k N ， 之后试件破坏， 荷载迅速下降。从表 2可以看出， A B A Q U S有 限元分析得到的柱后接梁接 头抗 剪 承 载 力为 3 2 ． 9 4 k N， 实验 得 到 的承 载力 为 4 1 ． 7 1 k N， 相互差别不大， 说明本文 A B A Q U S中建立 的 有限元模型是可靠的。 4结语 ( 1 ) 植筋锚固段上部钢筋应变大 ， 下部钢筋应 变小， 与实验中应变片测得的结果一致 ， 同时植筋拔 出位移很小 ， 说 明埋 深为 1 5 d时 ， 植筋 胶粘 结效 果好 ， 植筋锚 固效果 良好 ， 满足设计要求 。 ( 2 ) 用非线性弹簧单元 S P R I N G A模拟锚固深 度范围内植筋胶与钢筋的粘结作用是比较合理 的， 体 现了植筋胶的粘结作用。 ( 3 ) 有限元分析得到的柱后接梁接头抗剪承载 力与理论和实验相比差别不大， 说明本文 A B A Q U S中 建立的有限元模型是可靠的。 参考文献 [ 1 ] 王俊杰， 李志国， 等 ．混凝土柱后接梁接头抗剪承载力研究 [ J ] ． 建筑科学， 2 o 1 2 ， 2 8 ( 1 ) ： 3 3 — 3 6 ． [ 2 ] 石亦平， 周玉蓉 ． A B A Q U S 有限元分析实例详解[ M] ． 北京： 机 械工业 出版社 ， 2 0 0 6， 5 4： 1 6 6—1 6 7 ． [ 3 ] 钟林杭 ．钢筋混凝土植筋锚固构件抗震性能试验研究及有限 元分析[ D ] ． 北京： 北京工业大学， 2 0 1 0 ． [ 收稿日期] 2 0 1 4 — 0 4— 1 5 [ 作者简介 ] 万鹏 ( 1 9 8 9一) ， 男 ， 河北 沧州人 ， 硕 士研究 生 从事混凝土结构研 究。