beamColumnJoint单元模型在PC框架结构抗震分析中的应用研究

摘要

随着有限元技术的不断发展，数值分析方法在结构工程抗震性能评估中占据越来越重要的地位。在大跨度预应力混凝土（Prestressed Concrete，PC）框架结构非线性抗震分析中，其梁、柱构件的分析已由传统的杆单元发展成纤维梁柱单元，但一直未考虑梁柱节点区的建模，通常对其作简单的刚接处理，忽略了节点尺寸、节点核心区配箍情况、节点剪切变形以及梁纵筋粘结滑移等因素的影响，导致数值模拟结果难以准确地反映结构的实际受力情况。因此本文利用开源有限元软件OpenSees中的beamColumnJoint单元对PC框架梁柱节点进行数值模拟，结合试验探讨其可行性与适用性，并将该单元应用于PC框架整体结构的抗震分析中。具体研究内容如下： （1）基于OpenSees平台，提出将beamColumnJoint单元模型应用于预应力混凝土框架结构的非线性分析中，进行梁柱节点的建模，利用MCFT理论确定该模型中的各个参数；通过刚臂单元实现该模型与预应力筋单元的连接，有效预应力则采用初应变或初应力的方法施加到结构上； （2）对按现规范设计的3组PC框架梁柱边节点进行拟静力试验，以期为数值模拟的验证提供依据。试验结果表明：预应力度的适度增加可以提高节点的承载力，延缓构件的退化，而节点核心区配箍率对其承载力的影响相对较小； （3）在本文试验的基础上，结合已有的七个PC框架梁柱节点拟静力试验，利用beamColumnJoint单元模型对其进行数值模拟，并与试验数据、传统刚性节点模型对比，发现采用该单元模型能够更好地模拟PC框架梁柱节点的抗震性能；在此基础上，对影响PC框架梁柱节点抗震性能的主要参数进行分析并给出合理的设计建议； （4）对考虑beamColumnJoint单元模型和刚性节点模型的PC框架整体结构进行抗震性能分析，通过静力弹塑性分析和动力时程分析，比较不同建模方法下结构响应的差别。结果表明beamColumnJoint单元模型对地震动选取的敏感性较低，且计算结果的离散性较小，可以为PC框架结构的抗震设计与分析提供参考。

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