轴压比对宽扁梁柱节点受力性能影响的分析

王晓林

(太原学院 基建处，山西 太原030032)

0 前言

降低结构层高和增加室内净高这对矛盾的问题可以通过合理改变楼板结构形式来解决。设计人员经过不懈的努力探索和研究，发现宽扁梁结构[1]的运用可以适当降低结构层所占的高度，以达到降低结构层高或增加室内净高的目的。框架结构中采用宽扁梁与普通梁，其节点的受力性能有明显的区别。现行的规范仅从概念上给出了节点核心区的设计措施，且对梁柱截面的限制条件[2][3]较严，使其在实际工程中的应用受到一定的局限。因此研究宽扁梁柱节点，具有一定的理论意义和实用价值。

所选宽扁梁柱节点基本模型的数据:梁截面尺寸b×h=800mm×300mm，柱截面尺寸 b×h=400mm×400mm;混凝土强度等级C30，钢筋强度等级HRB400;如图1所示柱内配纵筋左右两侧各320，对称布置，配箍筋Φ6@100(2);梁内配纵筋上下各822，均匀布置，配箍筋Φ6@100(4)。为了能更加真实准确的模拟结构构件的实际工作状态，模型上下柱端均取到框架柱的反弯点位置，认为是铰约束，在柱顶施加轴向压力保持不变;左右梁端均取到框架梁的反弯点位置，认为是无约束的自由端，在梁端施加竖向集中力，均匀加载到模型破坏为止，如图3所示。

1 轴压比对宽扁梁柱节点受力性能的影响

在节点基本模型的基础上，通过改变施加在柱顶竖向荷载的大小，使模型中框架柱的轴压比不同。运用有限元软件Ansys分析在不同轴压比下，模型受反对称荷载作用时，宽扁梁柱节点的受力性能。选取十一个不同的模型使柱的轴压比取值从0.0间隔0.1一直到1.0，相应的十一个模型分别命名为:MX-0.0、MX-0.1 一直到 MX-1.0。

图1 模型网格划分图

图2 钢筋骨架图

图3 模型受力简图

1.1 对比分析模型中的柱在不同轴压比下，梁两端受反对称荷载作用达到破坏状态的过程中，各阶段梁端荷载大小的变化。

表1 荷载对比(单位:kN)

图4 荷载对比曲线

由表中的数据和图中的曲线变化趋势可得，随着轴压比的增加，各模型的初裂荷载值有逐渐增大的趋势，各模型的在其它阶段时承受的梁端反对称荷载值均出现处先增大后下降的变化趋势，在轴压比为0.7附近时，所能承受的梁端反对称荷载值达到最大，当轴压比达到0.8并且继续增大时，模型的承载力随之降低。

1.2 对比分析模型中的柱在不同轴压比下，梁两端受反对称荷载作用达到破坏状态的过程中，各阶段梁端竖向位移大小的变化。

表2 位移对比(单位:mm)

图5 位移对比曲线

由表中的数据和图中的曲线变化趋势可得，随着轴压比的增加，各模型的初裂阶段时的梁端位移有逐渐增大的趋势，其余各阶段中梁端位移随着轴压比的增大有先减小后增大最后又减小的趋势，这主要是由于模型中柱的截面特性及配筋与宽扁梁相比较小，当轴压比较小时，竖向轴力对柱的约束较小，梁端位移较大;随着轴压比的逐渐增大，竖向轴力对柱的约束增大，随着节点承载力的提高，梁端位移也随之增大;但当轴压比过大时，由于节点处混凝土被压坏，梁端位移有所下降。

1.3 对比分析模型中的柱在不同轴压比下，梁两端受反对称荷载作用达到破坏状态的过程中，各阶段梁端各模型的荷载-位移曲线的变化。

图6 模型的荷载-位移曲线

由图中曲线的变化趋势可得，轴压比不同时各模型的荷载-位移曲线的变化趋势基本形同。在加载初期，梁端反对称荷载较小时，各模型处于弹性阶段，曲线呈线性关系，且不同轴压比下的荷载——位移曲线基本一致。对着梁端反对称荷载的增大，各模型的荷载——位移曲线也出现的明显的差别。由图(a)中的曲线可以看出，MX-0.0的曲线斜率最小，MX-0.1的曲线斜率居中，MX-0.2的曲线斜率最大，说明这三个模型中，随着轴压比的增大，各模型的刚度是逐渐增大的;由图(b)和图(c)中的曲线可以看出，从MX-0.2到MX-0.6，各模型的曲线斜率变化不大，说明当轴压比从0.2增大到0.6时，各模型的刚度基本保持不变;由图(d)和图(e)中的曲线可以看出，从MX-0.6到MX-1.0，各模型的曲线斜率逐渐减小，说明当轴压比从0.6增大到1.0时，各模型的刚度基本逐渐减小。由此可以得出轴压比对整体模型的刚度是有影响的，随着轴压比的增大，模型的刚度是先增大，后在一定范围内保持不变，最后逐渐减小的。

2 结论

文中运用软件建立模型，并进行模拟分析，得到其受力性能随着轴压比的变化而变化。柱轴压比从0逐渐增大到1.0的过程中，节点的承载力在0.2～0.7的范围内逐渐增大，当大于0.7后，承载力反而有所下降;随着柱轴压比的增大，节点模型的刚度先增大，后保持基本不变(轴压比在0.2～0.6范围内)，最后逐渐减小。所以在设计时，要合理控制轴压比在0.2～0.7的范围内，使结构具有较高的承载力及较大的刚度。

[1]黄志军.宽扁梁柱节点弹塑性工作性能研究[J].中国勘察设计，2011，(11):75-81.DOI:10.3969/j.issn.1006-9607.2011.11.019.

[2]游力.R.C.宽扁梁框架楼层中节点抗震工作性能研究[D].深圳大学，2004.

[3]梁道谋.结构中宽扁梁设计要点及其特点探讨[J].科技与企业，2013(15).