梁式托柱结构是一种建筑结构形式,常用于多层住宅设计中,尤其在设计跃层或加建小阁楼时。由于柱子不能直接落地,因此在楼层的个别梁上立柱,形成了梁抬柱结构。这种结构的力学性能与普通框架结构有所不同,其受力机理、特点及其抗震性能分析对于工程设计具有重要的意义。
本文的研究主要聚焦于梁式托柱节点的受力性能分析。托柱梁式转换层的受力机理具有以下特点:当转换梁承担上部普通框架时,其受力情况基本与普通梁相同;力的传递途径采用柱→转换梁→柱的形式,途径直接且明确;在40的竖向荷载作用下,梁的内力表现类似于普通跨中有集中荷载的框架梁。
在实际工程中,梁式托柱节点往往是结构的薄弱区域,其抗震性能存在不确定性。为深入分析其力学性能,本文利用ABAQUS软件进行了模拟和分析。ABAQUS是一款功能强大的有限元分析软件,它能够模拟复杂的物理现象和结构行为,广泛应用于工程领域的力学分析中。在本研究中,作者通过ABAQUS软件中的混凝土塑性损伤模型对梁式托柱节点建立三维实体模型,这是对混凝土材料在荷载作用下塑性变形和损伤演化行为进行模拟的有效方法。
分析中,对梁截面保持不变,而改变柱截面的尺寸,以此来观察梁柱之间刚度比的变化对整个结构受力性能的影响。通过施加不同的荷载条件,即柱端平面内和平面外的水平单向往复荷载,研究梁和柱的损伤分布情况。研究发现,在平面内施加载荷时,随着柱截面的增大,柱的损伤并没有显著增加,但梁的损伤会增大,并向梁底部发展。而在平面外施加载荷时,柱的损伤同样没有进一步发展,而梁的损伤则会向梁两侧腹部发展。
除此之外,文章还提出采用分离式建模的方法,用Embed技术对钢筋和混凝土的自由度进行耦合。分离式建模是指将钢筋和混凝土作为两个独立的模型进行建模,然后通过特定技术来耦合它们之间的相互作用,以更准确地模拟它们在结构中的行为。Embed技术是ABAQUS中的一种技术,它可以将一部分网格嵌入到另一部分网格中,从而实现相互之间的自由度耦合,增强模型的计算精度和真实性。
通过ABAQUS软件模拟分析得到的结果,可以为工程设计提供宝贵的参考,尤其在如何处理梁式托柱节点的抗震性能上,提供科学的理论支撑和数据支持。此外,从等效塑性应变角度对梁柱损伤情况的分析,也是本文的重要内容,它有助于进一步理解材料在受力过程中的损伤和塑性发展。
文章还提到了结构工程领域中的一个重要的研究方向,即利用有限元软件进行结构分析与设计,这在当前工程力学领域占据重要地位。对于结构工程师而言,掌握并熟练使用ABAQUS等有限元分析软件,能够极大地提高工程设计的准确性和效率,对于确保建筑物的安全性和经济性具有不可替代的作用。