混凝土梁柱节点有限元分析.pdf
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1、第 2卷第 2期 2 0 1 0年 6 月 Vo 1 2 No 2 J u n 2 0 1 0 目 匕 凝土梁柱 节 占 _roll , 有限元分析 ( 北京市东城 区主房及城市建设委员会,北京 1 0 0 0 1 1 ) 【 摘 要】本文采用有限元分析软件 A N S Y S对钢筋混凝土梁 一柱节点进行数值分析?首先通过建立两种有限元 模型对节点进行 了模拟 , 然后 对建 立的 两种模型的模拟 结果进行 比较 , 以验 证运 用 A N S Y S进 行模拟的 结果是 否正 确可行 , 最后对 出现的差别进行分析:结果表 明 : 碳纤维加 固梁 一柱 节点采 用 A N S Y S软件进
2、行模 拟分析研 究是 可 行的 , 其结果可 以广泛应用到 实际设计 中 【 关键词】钢筋混凝土; 有限元分析; 梁一柱节点 【 中图分类号】 T U 3 7 5 ; T U 3 l 1 4 1 【 支献标志码】A 【 文章编号】1 6 7 4 7 4 6 1 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 7 8 0 5 1 模型 的建立 本文刈碳 纤维加 固钢筋混凝土梁 一柱 节点进 行分析 , 采用 A N S Y S模拟混凝土结构的开裂 、 压溃。 研究发现 , 很多因素影响到分析的收敛与否, 如单 元类型的选取 , 单元尺寸 , 边界条件 的处理 , 加 载和 收敛准则的确定等。本文的分析中
3、, 考虑到收敛 和 求解代价 , 经分析 比较取梁的混凝土单元尺寸取 5 0 5 05 0 I i l I l l , 墙 的混 凝土 单元 尺寸 取 5 05 0 8 0 F n I l l , 内部钢筋采用分离式布置, 即 S O L I D 6 5单元 内部无钢筋 , 钢筋采用 L I N K 8单元模拟 , 箍筋单元 节点和混凝土单元节点共用节点 , 不考虑箍筋 和混 凝土间的粘结滑移 ; 梁柱纵筋单元节点和混凝土单 元节点问用连接单元连接。钢筋混凝 土结构建模 一 般采用 “ 由上至下” 的建模方法。综合考虑 以上 主要 因素 , 本次在建模时先总体建立体单元 , 然后 运用 工作
4、平 面进 行 布尔 运 算。具 体模 型 如 图 1 所示 2力 载;f 口 求角 翠 加载时, 模 型的边界 条件尽 量和试 验保 持一 致 , 如在墙底将 x、 Y、 z三个方向的位移进行 限制, 在墙顶将 x、 z两个方 向的位移约束。加载分两大 步 , 第一步在墙顶加竖向荷载 4 7 5 k N, 第一步加载完 成后构件如图 2所示 。第二步在梁端加竖 向的往复 荷载 , 其 流程 如 图 3所示 。 ( a ) 划分后的混凝土模型 ( b ) 钢筋横型 【 作者简介】 土张鹏( 1 9 8 4一) , 男, 助理工程帅。主要从事建筑施工质量监督执法工作:E - m a i l : a
5、 n a n w 3 w 1 2 6 c o n l 混凝土梁柱节点有限元分析 7 9 图 2加载 与支座图 八 V l 图 3 加载流 程图 第1 荷载步混凝iY 方向应力 第1 2 荷载步混凝2 k Y 方向应力 图 4混凝 土应力图 N ,r I,r r一 一 t t : : : : : : : : : 第l 荷载步主应力矢量图 N : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : ? : : : : : : : : : : : : : : : : ? : 、。 。 。: : :1 : : 2 - : 、 图 5混凝 土主应 力图 低周往 复加载 中, 为了
6、容易进行对 比, 每个 循 环都 由力控制 , 分别加 至 1 0 k N,一1 0 k N, 2 0 k N, 一 , 2 0 kN,3 0k N ,一 3 0k N, 40k N, 一 4 0k N,5 0k N, 一 5 0 k N, 6 0 k N, 一 6 0 k N, 总共进行 了十二步加载 , 如图 第 1 2 荷载步主应力矢量图 3所示 。 在计算过程 中考虑了开裂单元 的拉应力松弛, 开展裂缝和闭合裂缝对剪应力传递 的贡献 , 关闭混 凝土压碎开关。 舯0 枷 8 0 方程求解器采用稀疏矩阵直接求解 法, 利用完 全的 N e w t o n R a p h s o n方法修
7、正刚度矩阵。非线性 迭代的收敛准则在加载中采用位移控制, 考虑到求 解代价 , 适当提高收敛容差 , 并采用较小 的时问步 长。 求解过程中打开 自动时间步长。 3 计算结果分析 3 未考 虑糕结 滑 绣粜 3 1 1 混凝土的应力 、 应变分析 模型中未加入连接单元 , 钢筋与混凝土共用节 点。此混凝土在首末两个荷载步 的最后子步 的应 力和主应力矢量图如图4 、 5所示。 图 6是 3 3 0 5节点的应力随着荷载变化 图。该 节点整体坐标为( 0 1 6 , 1 0 7 5 ,一 0 7 5 ) , 从 图中可 以看出第 1 、 2荷载步的应力为负,主要是墙上加 的 荷载起的作用 , 而
8、后来 3 、 5 、 7、 9 、 1 1 荷载时的应力为 正, 该点受到的梁端产生 的力大于墙上产生的力。 在第 4、 6 、 8 、 1 0 、 1 2荷载下该点受到了梁端产生和墙 上共同作用的力为负应力 。 3 1 2 钢筋应力分析 由于钢筋和混凝土共用节点, 加载过程中钢筋 的竖向变形与混凝土相同。第 1荷载步时钢筋的应 力图如图 7所示。 3 1 3 裂缝情况 A N S Y S 模拟 中裂缝 出现 的 比较早 。在第 1荷 载步的第 5子步就出现裂缝。而在第 1 1荷载步梁 四周的墙上已经布满裂缝 , 如图 8 。 圈 8裂缝图 3 2 考忠褊 结滑移 的结果分 析 3 2 1 混
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