廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點的抗震性能

陰曉君 許哲

摘要：目的 研究廢棄玻璃混凝土梁柱十字節(jié)點的抗震性能。方法 采用有限元軟件ABAQUS，通過改變廢棄玻璃替代率、節(jié)點配箍率等參數(shù)，建立了6個在低周反復荷載作用下，廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點的模型。結果 得到了節(jié)點構件的滯回曲線及骨架曲線，觀察節(jié)點的受力情況、破壞形態(tài)。結論 在梁端低周反復荷載作用下，廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點的承載力較普通混凝土出現(xiàn)降低的趨勢，但降低的數(shù)值很小，與普通混凝土梁柱節(jié)點的抗震性能基本相似。

關鍵詞：廢棄玻璃混凝土；梁柱節(jié)點；有限元分析；抗震性能

廢棄玻璃混凝土是指將收回的廢棄玻璃經過人工的淘洗、烘干、碾碎后進行篩選，按一定級配取代普通混凝土中的細骨料天然河砂制備而成的[1]。本文根據(jù)對普通混凝土節(jié)點研究的基礎上，利用ABAQUS對廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點的抗震性能進行了分析。

1有限元軟件ABAQUS的材料本構模型

混凝土本構模型選用的ABAQUS中自帶的塑性損傷模型。根據(jù)王志攀[2]等人所做的廢棄玻璃鋼筋混凝土短柱受壓性能的實驗，測得了廢棄玻璃混凝土的基本力學性能參數(shù)，帶入《混凝土結構設計規(guī)范》的公式計算，得到的C30混凝土、廢棄玻璃替代率50%、100%混凝土的應力-應變關系曲線，如圖1所示。鋼筋采用的是雙線性本構模型。

2 廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點的有限元建模

2.1 典型試件確定

根據(jù)《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T50081-2002）的規(guī)定，兩種節(jié)點構件均采用“強柱弱梁”的設計原則，節(jié)點類型1采用了“弱梁、強柱、強節(jié)點”的設計原則，使梁端彎曲破壞先于柱端破壞和核心區(qū)破壞；節(jié)點類型2采用“強梁、強柱、弱節(jié)點”的設計原則，使核心區(qū)破壞先于柱端破壞和梁端破壞。

3 廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點的抗震性能

本文利用ABAQUS 建立了6個在低周反復荷載作用下的廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點的模型，它們的編號是由字母與數(shù)字組成的，如構件（ZJD-1-50%）：ZJD表示梁柱十字中節(jié)點，1表示節(jié)點構件類型1，50% 表示廢棄玻璃替代率為50%。

3.1廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點滯回曲線的分析

滯回曲線反映了結構在反復荷載作用下表現(xiàn)出的變形特性，又稱變形恢復力曲線[3]。在梁端低周反復荷載作用下，6個廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點的滯回曲線如圖4所示，它們均呈現(xiàn)梭形，形狀較為飽滿，耗能能力良好。出現(xiàn)明顯的下降段，但都較為緩和，表明具有較良好的抗震性能。

3.2 廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點骨架曲線的分析

3.2.1 廢棄玻璃替代率

圖5（a）是節(jié)點構件1的骨架曲線，廢棄玻璃替代率50%-混凝土要比普通混凝土節(jié)點的承載力降低4%-9%左右，出現(xiàn)峰值荷載的位移早2%左右；廢棄玻璃替代率100%-混凝土要比普通混凝土節(jié)點的承載力降低1%-5%左右，出現(xiàn)峰值荷載的位移早3%左右，且在下降段時曲線較為陡峭，荷載降低速度稍快，進入破壞階段時承載力下降速度才逐步減慢。圖5（b）是節(jié)點構件2的骨架曲線，廢棄玻璃替代率50%-混凝土與普通混凝土的曲線基本吻合。廢棄玻璃替代率100%-混凝土在彈塑性階段，相比普通混凝土承載力提高了20%-23%左右，但是進入破壞階段之后，比普通混凝土節(jié)點的骨架曲線斜率更大，承載力降低的幅度也更大。但是總體來說，廢棄玻璃混凝土與普通混凝土的抗震能力基本相似。

3.2.2 節(jié)點配箍率

由圖6、圖7可以看出，節(jié)點配箍率對荷載-位移骨架曲線的形狀影響較大：在彈性階段，曲線較為相似；在彈塑性階段，節(jié)點構件2比節(jié)點構件1的承載力普遍提高了8%-12%：在破壞階段，節(jié)點構件1曲線平緩，強度降低緩慢，表現(xiàn)出良好的變形能力，說明延性較高。而節(jié)點構件2的骨架曲線斜率較大，下降幅度較快?？傮w來說，節(jié)點構件1的抗震性要優(yōu)于節(jié)點構件2，雖然節(jié)點構件2承載力較強，峰值荷載有所提高，但變形能力較差，延性出現(xiàn)降低，剛度退化明顯。所以在實際工程中，應盡量避免節(jié)點構件2的核心區(qū)剪切破壞。

4 結論

（1）在梁端低周反復荷載作用下，6個混凝土梁柱節(jié)點的滯回曲線呈現(xiàn)梭形，出現(xiàn)下降段，但都非常緩和，表現(xiàn)出良好的延性和耗能性能。所有梁柱節(jié)點構件的荷載-位移骨架曲線都呈現(xiàn)上升段-強化段-下降段，曲線變化較為平穩(wěn)，抗震性能良好。

（2）廢棄玻璃混凝土節(jié)點比普通混凝土節(jié)點的承載力出現(xiàn)下降趨勢，但降低數(shù)值較小，基本與普通混凝土梁柱節(jié)點的抗震性能相似。

參考文獻：

[1] 張霓.玻璃混凝土力學與耐久性能的試驗研究[D].沈陽建筑大學，2011.

（Zhang Ni.Experimental study glass mechanics and durability of concrete[D].Shenyang Jianzhu University 2011）

[2] 王鳳池，王志攀，張慶博.玻璃混凝土的抗侵蝕性能[J].濟南大學學報（自然科學版），2013，（02）.

（Wang Fengchi，Wang Zhipan，Zhang Qingbo，Ding Junsheng.The erosion resistance of glass concrete [J].Journal of jinan university（Natural Science），2013（02））

[3] 柳炳康，黃慎江.鋼筋混凝土框架梁柱偏心節(jié)點抗震性能的試驗研究[J].建筑結構學報，1999， 5（20）：50～58.

（Liu Bingkang，Huang Shenjiang .Reinforced concrete beam-column node seismic performance experimental research[J].Journal of building structures，1999，5（20）：50～58.）