基于Ansys的钢筋混凝土框架试验及有限元分析

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1、基于ANSYS的钢筋混凝土框架试验及有限元分析张卫东，王振波（南京工业大学土木工程学院，南京210009）摘要：对一榀两层两跨的框架进行了低周反复荷载的试验，给出了其荷载位移曲线、骨架曲线等等。同时运用有限元软件ANSYS对框架所收低周反复荷载的试验的全过程进行了数值模拟，得出的荷载位移曲线和骨架曲线与试验数据比较吻合。关键词：框架结构；低周反复；滞回曲线；ANSYS；有限元分析中国分类号：TU378文献标志码：AFiniteelementanalysisandexperimentalresearchonreinfo

2、rcedConcreteframestructureunderlowreversedcyclicloading11ZHANGWeidong,WANGZhenbo(1、TheDepartmentofCivilEngineering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing,210009,)Abstract:Basedontheframeexperimentunderlowreversedcyclicloading,load-displacementcurve,skeletoncurve

3、areplotted.AndtheframeunderlowreverseloadingareanalyzedbyusingfiniteelementsoftwareANSYS,theload-displacementcurveandskeletoncurveareobtained.bycomparingthesecurves,youwilltheyareagreewitheachotherverywell.Keywords:reinforcedconcreteframe;load–displacement;hyst

4、ereticcurve;ANSYS;finiteelementanalysis1、前言钢筋混凝土框架结构是目前地震区域运用的较多的一种结构形式。该结构在地震中常常表明：地震时，随着框架结构个部分内力的增大，先是混凝土开裂，钢筋受拉屈服，最后时压区混凝土压碎。在这个过程中，结构从弹性阶段逐渐进入弹塑性阶段。按照等效静力荷载设计方法和弹性力学分析，则不能充分考虑地震时结构反应超过弹性阶段进去塑性状态的特征。为了比较合理地评估结构的地震安全性，就需要地框架结构进行拟静力的研究，从而深入到塑性阶段。为了研究结构在弹塑性阶段的

5、具体特性，作者对一榀两层两跨的钢筋混凝土框架进行了低周反复荷载试验并用大型有限元分析软件ANSYS进行了数值模拟，且与试验数据进行了比较，计算结果与试验数据符合较好。2、试验概况2.1模型的设计与制作8@502框架设计模型是按照我过现行设计规范，按缩比为1：6@5023进行设计的。底层净高为1米，上6@502层净高为0.9米，其两跨跨度相同为1.3米。框架梁和8@508@50的截面尺寸为200mmX200mm和150X250mm。模型211的构造和配筋要求按烈度为8度的地震区进行设计，6@50@200425配筋情况如

6、图1所示。18@50425图1、框架的配筋图作者简介：张卫东（1981－），男，江苏南通人，硕士研究生，主要从事钢筋混凝土的抗震减震研究。资金项目：江苏省重点实验室项目（KJSS0210）2．2试验装置和加载方案本试验采取低周反复水平加载方式进行。框架试件由地锚通过底梁固定在地锚之上，从而使整个结构不产生水平位移。在框架结构的三根柱子上面施加的竖向荷载，采取竖向拉杆结合千斤顶的方式，使竖向荷载保持准确、恒定的数值。竖向拉杆下部通过焊接钢板与框架结构底梁固接，拉杆上部通过高强螺栓连接反力钢垫，千斤顶架在反力图2水平荷载

7、加载程序图钢垫之下施加竖向荷载。具体所加竖向荷载的大小根据柱的轴压比等来确定。其中两个边柱按轴压比0.25施加112.9KN，中柱按轴压比0.35施加158.1KN。水平反复荷载的施加通过固定在反力墙上的液压作动器对框架顶层梁中心线位置进行施加。水平荷载的加载根据《建筑抗震设计方法规程（JGJ101-96）》采用荷载－变形混合控制的加载方法。在结构达到屈服荷载前，力和变形的关系使协调的，所以宜采用荷载控制加载的方法；结构达到屈服，形成塑性铰后，荷载稍微增加，变形的改变量就很大，此时力与位移的关系已经不协调，所以应该采

8、取位移加载的方法。具体水平荷载施加程序如图2所示。2.3试验结果当框架顶层侧向力加载至正向25KN时，首先在第一层梁靠近边柱的部位首先出现裂缝。当位移加载至104mm时，框架结构的水平荷载已经下降到最大荷载的85％一下，试件宣布破坏。可见图3。钢筋混凝土框架结构在低周反复荷载作用下的滞回曲线如图4所示。120荷载(KN)100806040200