基于OpenSees的梁—柱节点单元的适用性和定参方法研究

摘要

在地震作用下，钢筋混凝土框架节点的受力是非常复杂的。国内外学术界开展了大量针对钢筋混凝土框架节点抗震性能及设计方法的研究工作。随着结构数值模拟在工程应用和研究领域的迅速发展，用计算机编制有限元程序，通过建立节点模型来模拟节点核心区在地震作用下的动力反应的方法得到了发展。 本文研究的对象是一个基于美国PEER中心开发的结构非线性分析工具OpenSees平台的二维平面超级节点模型。围绕该模型，本文主要完成了以下工作： ①深入分析了组成该节点模型的各分量模型的本构，验证了其可行性与准确性，学习和掌握了该节点模型在OpenSees软件平台上实现的过程。编制了在模型定参时所用到的基于MCFT理论计算钢筋混凝土剪切应力一剪切应变关系的程序SSVS。并提出采用加水平位移的简化加载方式来计算模型定参所需要的剪切应力一剪切应变曲线的下降段。同时通过简化公式计算了已有节点试件的剪切应力一剪切应变骨架线，并利用MCFT理论对该骨架线进行了模拟，通过对模拟结果进行分析明确了在节点核心区内通过纵筋粘结力以剪力流形式传入节点形成的“桁架机构”是引起核心区剪切变形的主要因素； ②结合自编定参程序利用该节点模型对前人所做的研究钢筋混凝土梁一柱节点在低期反复荷载作用下反应特性的试验进行了模拟。在模拟过程中对OpenSees程序的组成结构、相关命令以及分析涉及到的材料本构、单元类型进行了必要的介绍，并编制了基于修正的Kent-Park混凝土本构模型考虑箍筋对核心区混凝土约束作用的子程序procSKPC； ③在对比模拟和试验结果发现原有节点模型不够准确的基础上，分别对组成该模型的各分量模型的参数进行了校核。在对节点区钢筋的抗剪机理进行分析后，提出了水平和竖向节点区钢筋的取值方法。从对节点试件进行二次定参模拟得到的理想模拟结果来看，基于本文修正定参方法后的节点模型能够较好地表现梁一柱节点在低周反复荷载作用下的受力特点和反应特性。