基于Bouc-Wen模型的RC框架梁-柱節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)抗震性能分析.pdf

1、大量震害調(diào)查分析表明,梁和柱的連接處是許多震損鋼筋混凝土框架的薄弱部分。隨著鋼筋混凝土梁-柱節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)和理論研究的深入,人們也逐漸認(rèn)識到節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的嚴(yán)重?fù)p傷會引起梁、柱構(gòu)件甚至整體框架抗震性能的退化。另一方面,我國現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范正在向性能化設(shè)計(jì)邁進(jìn),但是目前抗震規(guī)范中的小震彈性設(shè)計(jì)法沒有考慮結(jié)構(gòu)超強(qiáng)的影響,而節(jié)點(diǎn)作為結(jié)構(gòu)的重要組成部分,節(jié)點(diǎn)的滯回耗能對結(jié)構(gòu)整體的抗震性能和超強(qiáng)具有一定的影響。因此,如何考慮節(jié)點(diǎn)的性能退化,建立合適的滯回

2、模型,建立考慮節(jié)點(diǎn)核心區(qū)影響的鋼筋混凝土平面與空間框架結(jié)構(gòu)的精細(xì)化有限元模型,并進(jìn)行非線性靜力和動力分析,為將來的節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)提供計(jì)算分析依據(jù)成為亟待解決的問題。
　　本文針對鋼筋混凝土框架的梁-柱節(jié)點(diǎn)開展了一系列的數(shù)值模擬與理論分析研究,主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)引入光滑的滯回恢復(fù)力模型——Bouc-Wen模型,利用該模型定義了OpenSees中Joint2D節(jié)點(diǎn)單元的剪切塊滯回性能。由于現(xiàn)行OpenSees版本中的B

3、ouc-Wen材料不能反映鋼筋混凝土梁-柱節(jié)點(diǎn)的捏攏效應(yīng),而OpenSees是源代碼高度開放的研究型軟件,因此本文基于C++語言平臺,添加了捏縮控制參數(shù),使開發(fā)后的Bouc-Wen材料模型能反映節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度與剛度退化及捏縮效應(yīng)。
　　(2)為了準(zhǔn)確模擬梁-柱節(jié)點(diǎn)組合體試驗(yàn),需要確定合適的模型參數(shù),本文采用擅長多變量優(yōu)化和全局搜索技術(shù)的遺傳算法進(jìn)行參數(shù)識別,采用MATLAB軟件中的GA工具箱實(shí)現(xiàn)了模型參數(shù)的識別工作。由于捏縮控制參數(shù)具

4、有很強(qiáng)的非線性,識別后的參數(shù)需要根據(jù)參數(shù)分析進(jìn)行修正才能較好地模擬試驗(yàn)結(jié)果。
　　(3)選取國內(nèi)外五組十一個(gè)節(jié)點(diǎn)組合體試驗(yàn),分別考慮了剛節(jié)點(diǎn)建模、基于Pinching4材料的Joint2D節(jié)點(diǎn)建模和基于改進(jìn)Bouc-Wen材料的Joint2D節(jié)點(diǎn)建模三種情況,對這些節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果表明:改進(jìn)Bouc-Wen模型可以較好地模擬各節(jié)點(diǎn)的滯回反應(yīng)特性,包括強(qiáng)度與剛度退化效應(yīng)和捏縮滑移效應(yīng)。對比改進(jìn)Bouc-Wen材料模型和P

5、inching4材料模型的模擬結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn):折線形的Pinching4材料耗能比試驗(yàn)結(jié)果要大得多,加載段的節(jié)點(diǎn)剛度隨著加載循環(huán)次數(shù)增加與試驗(yàn)結(jié)果偏離越來越大,而光滑的Bouc-Wen材料能夠很好地?cái)M合試驗(yàn)曲線,在曲線形狀上更貼近試驗(yàn)結(jié)果。
　　(4)選取一個(gè)六層平面框架進(jìn)行了靜力Pushover分析,結(jié)果表明:考慮節(jié)點(diǎn)的變形與耗能作用后,框架的超強(qiáng)更大、延性更強(qiáng)。經(jīng)過平面框架地震反應(yīng)分析,可以發(fā)現(xiàn):考慮節(jié)點(diǎn)建模后,結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)