廢棄玻璃混凝土十字節(jié)點(diǎn)靜力性能分析

陰曉君 許哲

摘要：目前，廢棄玻璃混凝土的應(yīng)用越來越廣泛，但廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的研究還較少。本文利用ABAQUS，建立了廢棄玻璃混凝土梁柱十字節(jié)點(diǎn)的模型。在普通混凝土十字節(jié)點(diǎn)與玻璃混凝土十字節(jié)點(diǎn)的梁端分別施加單調(diào)荷載，對(duì)節(jié)點(diǎn)的靜力性能進(jìn)行了研究，分析了在不同階段、不同的節(jié)點(diǎn)構(gòu)件類型、不同的廢棄玻璃替代率等情況下，廢棄玻璃混凝土節(jié)點(diǎn)與普通混凝土節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力云紋圖。比較得出廢棄玻璃混凝土節(jié)點(diǎn)與普通混凝土節(jié)點(diǎn)的梁端荷載-位移曲線變化趨勢大體一致，說明廢棄玻璃混凝土在單調(diào)荷載作用下受力良好。

關(guān)鍵詞：廢棄玻璃混凝土；十字節(jié)點(diǎn)；單調(diào)加載

早在20世紀(jì)60年代，國內(nèi)外眾多學(xué)者已經(jīng)對(duì)廢玻璃作為混凝土骨料進(jìn)行研究，是一個(gè)非常熱點(diǎn)的話題。

美國、加拿大等國利用廢棄玻璃替代瀝青道路路面的填料，經(jīng)過研究以及多年的使用證明[1]：利用廢玻璃作為瀝青道路路面的填料效果較佳。廢棄玻璃的替代量達(dá)到60%后，車輛橫向滑翔事故減少[2]；道路的光線反射較柔和；積雪溶化快，適宜于低氣溫路面。陳風(fēng)晨[3]等人試驗(yàn)結(jié)果表明，通過使用改性瀝青可以顯著改善玻璃瀝青混合料的粘附性、路用性能。廢玻璃瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性（動(dòng)穩(wěn)定度）、水穩(wěn)定性以及抗滑性均符合現(xiàn)行規(guī)范的要求。

本文利用大型通用有限元軟件ABAQUS，建立了廢棄玻璃混凝土梁柱十字節(jié)點(diǎn)的模型。

1.節(jié)點(diǎn)構(gòu)件尺寸的確定

Fig2 Node 2 component geometry size and schematic diagram of steel

兩種節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的具體尺寸如圖1和圖2所示。構(gòu)件均采用“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)原則，第一種節(jié)點(diǎn)構(gòu)件采用“弱梁、強(qiáng)柱、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”，使梁端彎曲破壞先于柱端破壞和核心區(qū)破壞。第二種節(jié)點(diǎn)構(gòu)件采用“強(qiáng)梁、強(qiáng)柱、弱節(jié)點(diǎn)”，使核心區(qū)破壞先于柱端破壞和梁端破壞。

2.材料的力學(xué)性能指標(biāo)

普通混凝土、廢棄玻璃替代50%的混凝土細(xì)集料和廢棄玻璃替代100%的混凝土細(xì)集料的材料力學(xué)性能指標(biāo)具體如表1所示。

表1廢棄玻璃混凝土的力學(xué)性能指標(biāo)

Tab1 The mechanics performance of waste glass concrete

3節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的靜力性能分析

3.1 廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)在單調(diào)荷載作用下的應(yīng)力分析

Von Mises：馮米斯應(yīng)力，應(yīng)力云紋。它用應(yīng)力等值線來表示模型內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，它可以清晰的描述出某個(gè)部分在整個(gè)模型的變化，從而快速的確定模型中最危險(xiǎn)的區(qū)域。

3.1.1 混凝土的應(yīng)力分析

圖3中（a1）-（c1）是普通混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的應(yīng)力云紋圖：在Step time=0.025s（A點(diǎn)）時(shí)，混凝土的應(yīng)力值比較小，處于彈性階段。在Step time=0.38s（B點(diǎn)）時(shí)，混凝土進(jìn)入塑性階段，應(yīng)力值出現(xiàn)不均勻分布。在Step time=1s（C點(diǎn)）時(shí)，混凝土的壓應(yīng)力達(dá)到了設(shè)計(jì)值，表示混凝土已經(jīng)破壞。（a2）-（c2）是廢棄玻璃替代率50%-混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的應(yīng)力云紋圖，（a3）-（c3）是廢棄玻璃替代率100%-混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的應(yīng)力云紋圖。不論是玻璃替代率50%-混凝土還是玻璃替代率100%-混凝土，每個(gè)階段云紋圖的變化趨勢大體是一致的，只是在進(jìn)入各個(gè)階段的位移和每個(gè)階段的應(yīng)力值上有少許的變化。

3.1.2 鋼筋的應(yīng)力分析

圖4節(jié)點(diǎn)構(gòu)件1的鋼筋籠骨架應(yīng)力云紋圖，當(dāng)Step time=0.025s（A點(diǎn)）時(shí)，梁根部縱筋的應(yīng)力值較小，處于彈性階段；在Step time=0.38s（B點(diǎn)）時(shí)，梁部的鋼筋已達(dá)到屈服強(qiáng)度的85%左右，進(jìn)入屈服階段后，梁與節(jié)點(diǎn)相交處的梁根部鋼筋應(yīng)力較大；在Step time=1s（C點(diǎn)）時(shí)，節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋籠有稍許的鼓起，出現(xiàn)了變形，發(fā)生破壞。圖5是節(jié)點(diǎn)構(gòu)件2的鋼筋籠骨架應(yīng)力云紋圖，對(duì)比節(jié)點(diǎn)構(gòu)件1的鋼筋籠骨架應(yīng)力云紋圖，在B點(diǎn)和C點(diǎn)上節(jié)點(diǎn)構(gòu)件1的最大應(yīng)力出現(xiàn)在梁根部，而節(jié)點(diǎn)構(gòu)件2的最大應(yīng)力處出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)處。這是由于節(jié)點(diǎn)構(gòu)件1屬于梁端彎曲破壞，節(jié)點(diǎn)構(gòu)件2屬于節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切破壞。從鋼筋籠骨架云紋圖可以清楚的看出，它們是符合設(shè)計(jì)原則的。

4 結(jié)論

（1）由應(yīng)力云紋圖可以看出：在單調(diào)荷載作用下，廢棄玻璃混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)和普通混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的云紋圖的變化趨勢大體是一致的。

（2）比較兩種不同配箍率節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的應(yīng)力云紋圖，驗(yàn)證了它們的破壞形式符合節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則。在實(shí)際工程中，應(yīng)嚴(yán)格按照抗震規(guī)范所給出的設(shè)計(jì)原則，避免節(jié)點(diǎn)脆性破壞帶來的人員傷亡和金錢損失。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黨永發(fā)，朱建輝，熊建平等.摻礦渣水泥混凝土路用性能的研究[J].水泥工程，2005（4）：15-17.

[2] D.Higgins. The Effect of GGBS on the durability of concrete[J].Concrete，1991，25（6）1：17-20.

[3] 陳風(fēng)晨，李立寒，杜鵑.廢玻璃瀝青混合料性能的實(shí)驗(yàn)研究[J].建筑材料學(xué)報(bào). 2006（02）.