吳忠鐵, 張 軻

(西北民族大學(xué) 土木工程學(xué)院, 甘肅 蘭州 730030)

0 引言

我國地處歐亞板塊的東南部,受環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶影響,地震基本烈度6度及6度以上地區(qū)占國土面積的79%。而高烈度區(qū)的地震活動(dòng)主要集中在我國西部地區(qū),如西藏、四川、新疆以及甘肅、寧夏等這些資源貧乏且較為偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)或山區(qū)。而此類地區(qū)大部分房屋框架為木結(jié)構(gòu),梁柱節(jié)點(diǎn)處并無有效約束,特別是受力木柱直接立于地面,僅依靠摩擦力與豎向力來達(dá)到約束柱體位移的目的。此類建筑物剛度小,恢復(fù)能力不足,抗震相對(duì)不足,在地震的反復(fù)作用下容易發(fā)生破壞甚至倒塌。因此,應(yīng)關(guān)注與重視此類木結(jié)構(gòu)民居建筑的抗震性能。

木材屬于半剛性材料,它不僅綠色低碳,而且其組合方式多樣,并具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度的特點(diǎn)。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)木結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)其剛性大,耗能效果好,承載能力高等優(yōu)點(diǎn)。丁磊等[1]以西安鼓樓為研究對(duì)象,利用有限元對(duì)其進(jìn)行地震響應(yīng)分析,發(fā)現(xiàn)木結(jié)構(gòu)阻尼和榫卯節(jié)點(diǎn)都可以耗散地震能量;姚侃等[2]通過試驗(yàn),分析了不同形式榫受力情況,發(fā)現(xiàn)了木構(gòu)榫卯的傳力機(jī)理和工作機(jī)制與構(gòu)造連接處的變形有關(guān);吳秀峰等[3]以木榫節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象,發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)榫卯節(jié)點(diǎn)剛度可延長初始滑移的產(chǎn)生并提高節(jié)點(diǎn)承載力;潘毅等[4]以透榫節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象發(fā)現(xiàn)其塑性破壞主要出現(xiàn)在卯口接觸處;薛建陽等[5]則通過殿堂型木構(gòu)模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究了其動(dòng)力特性和地震反應(yīng),指出木構(gòu)榫卯連接的柔性和擠壓變形是結(jié)構(gòu)耗能減震的主要原因。Wang等[6]通過搖擺柱實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了增加豎向荷載可明顯提高柱腳節(jié)點(diǎn)恢復(fù)力以及抗側(cè)剛度。同時(shí),由于木構(gòu)件節(jié)點(diǎn)損傷時(shí)往往伴隨耗能能力的急劇下降,學(xué)者們通過一系列加固手段和減震手段來提高其節(jié)點(diǎn)的耗能性能。Palerm等[7]設(shè)計(jì)了一種內(nèi)嵌于木梁柱節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的耗能鋼棒作為自復(fù)位木框架結(jié)構(gòu)的耗能件,該梁柱構(gòu)件經(jīng)過試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)其耗能件首先產(chǎn)生屈服,然后發(fā)展為塑性變形來消耗能量。鄒爽等[8]對(duì)在柱腳安裝了黏彈性角位移阻尼器的木框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)該阻尼器能有效減小結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。

上述研究表明木構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造連接時(shí)具有較好的變形耗能能力與承載能力,并且引入耗能構(gòu)件的使用對(duì)節(jié)點(diǎn)耗能能力和抗震能力有著顯著影響。但目前學(xué)者對(duì)木構(gòu)節(jié)點(diǎn)的脫出、塑性變形保護(hù)及恢復(fù)能力方面的效力與裝配的簡易性仍亟待提高。因此,本文針對(duì)西部多發(fā)地震區(qū)域建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行深入研究。利用有限元數(shù)值模擬方法進(jìn)行擬靜力分析,設(shè)計(jì)了一種阻尼型柔性裝配節(jié)點(diǎn),主要分析了以節(jié)點(diǎn)阻尼材料的變化對(duì)該混合結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的破壞狀態(tài)、耗能能力和變形能力的影響。讓柔性節(jié)點(diǎn)以阻尼材料的材性來達(dá)到減少節(jié)點(diǎn)處構(gòu)件的塑性變形,提高節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的目的,做到建筑施工便捷性的同時(shí)兼顧結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的剛度與承載能力,改善其結(jié)構(gòu)上下體系整體的協(xié)調(diào)性、穩(wěn)定性、可靠性,以及在震后達(dá)到易修復(fù)的效果。

1 梁柱結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

該裝配節(jié)點(diǎn)采用超彈性材料橡膠來提高節(jié)點(diǎn)的阻尼達(dá)到抗震的需求,實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)性能的可控型。預(yù)制混凝土梁幾何尺寸為400 mm×400 mm×1 400 mm,梁中部嵌槽深度100 mm,內(nèi)置骨架鋼筋HRB400縱筋直徑14 mm和箍筋直徑8 mm,嵌槽周圍預(yù)埋3 mm厚度Q235鋼圈。圓木柱直徑240 mm,高度1 600 mm,橡膠厚度為5 mm環(huán)形,橡膠粘結(jié)于木柱根部。木柱底端立于嵌槽內(nèi)部與混凝土梁圓形嵌槽的底面直接接觸,嵌槽周圍25 mm環(huán)形空隙使用高強(qiáng)混凝土C60填充澆筑,梁柱裝配節(jié)點(diǎn)如圖1所示。

圖1 梁柱裝配節(jié)點(diǎn)Fig.1 Beam-column assembled joint

2 節(jié)點(diǎn)柱體受力機(jī)理

參考搖擺柱[9-11]受力機(jī)理,在不考慮摩擦滑移和柱體受荷彎曲變形的影響下,該節(jié)點(diǎn)柱體與梁之間通過嵌槽連接。梁嵌槽內(nèi)壁填充材料,在柱體受荷載時(shí)在底部產(chǎn)生約束作用。依靠嵌槽壁抑制柱體發(fā)生傾倒。其受力如圖2,其中,柱高為H,柱直徑為L,嵌槽深度為h。

圖2 裝配節(jié)點(diǎn)受力圖Fig.2 Force diagram of assembled joint

豎向荷載為N,頂部水平力為P,柱體水平位移為Δ,阻尼材料受壓側(cè)壓縮量為Δx,柱體受拉側(cè)柱腳抬起高度為Δy,柱體轉(zhuǎn)角θ,左端底部摩擦力f,右端側(cè)部摩擦力μ。柱腳受壓側(cè)產(chǎn)生豎向支反力,木柱右側(cè)受拉端嵌槽下部對(duì)柱角產(chǎn)生一個(gè)水平反力,設(shè)為F1;左側(cè)受壓端嵌槽上部對(duì)柱體產(chǎn)生一個(gè)水平反力,設(shè)為F2;豎向力N和水平力P對(duì)柱體底部中心O點(diǎn)產(chǎn)生傾倒彎矩分別為MN和MP;柱底豎向反力為R;嵌槽對(duì)柱體產(chǎn)生水平反力F1和F2對(duì)柱底中心產(chǎn)生恢復(fù)彎矩分別為MR、MF1和MF2。則柱體側(cè)傾受力平衡方程為:

MR+MF1+MF2=MP+MN=PH+NΔ

(1)

Δ=Htanθ

(2)

R=N

(3)

(4)

MF2=F2h

(5)

圖3為木柱體在受到水平荷載作用下產(chǎn)生的柱體位移。因不考慮柱體彎曲變形,其柱體在水平荷載作用下視作剛體運(yùn)動(dòng)。根據(jù)幾何關(guān)系,其柱體對(duì)橡膠壓縮量為Δx,柱腳抬起量為Δy。

圖3 木柱變形圖Fig.3 Deformation diagram of timber column

阻尼材料的壓縮量為:

(6)

柱受拉側(cè)抬起高度為:

(7)

3 ABAQUS有限元模型建立

3.1 材料本構(gòu)的確定

將木材簡化為正交各向異性材料,其彈性階段的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可通過9個(gè)獨(dú)立彈性常數(shù)的矩陣形式表達(dá)。具體參數(shù)設(shè)置列于表1。材料的塑性階段選用Hill塑性屈服準(zhǔn)則以表達(dá)木材正交各向異性的材料屬性,采用ABAQUS自帶的potential函數(shù)來定義材料各正交方向的屈服應(yīng)力比。采用理想化雙折線模型,通過自定義屈服應(yīng)力σ0和6個(gè)各向異性屈服應(yīng)力比來定義正交各向異性材料的塑性屈服階段,以確定木材各向異性屈服應(yīng)力,其中定義屈服應(yīng)力σ0為34.2 MPa[12]。

表1 花旗松木材參數(shù)

預(yù)制鋼筋混凝土梁部件涉及混凝土和鋼筋材料?；炷聊Ｐ瓦x用塑性損傷模型,混凝土膨脹角取30°,塑性勢(shì)函數(shù)偏心率取0.1,混凝土雙軸極限抗壓強(qiáng)度與單軸極限抗壓強(qiáng)度比值取1.16,拉壓子午線第二應(yīng)力不變量的比值為0.667,黏性系數(shù)為0.005,C30混凝土彈性模量21.1 GPa,C60混凝土彈性模量24 GPa,泊松比取0.2,混凝土進(jìn)入塑性階段后,參考CDP模型按應(yīng)力-非彈性應(yīng)變關(guān)系,損傷因子-非彈性應(yīng)變?cè)谖墨I(xiàn)[13]中取相關(guān)參數(shù)。鋼筋彈性模量為2.0×105MPa,鋼筋泊松比取0.28,屈服應(yīng)力為235 MPa。

橡膠采用Mooney-Rivlin模型,依據(jù)文獻(xiàn)[14]取邵氏硬度71 HA橡膠為基準(zhǔn)參數(shù),取C01=0.168 9,C10=0.807 3。

3.2 相互作用與邊界條件

木柱底部與梁接觸面采用面-面接觸,切向摩擦采用“罰”摩擦公式表達(dá),摩擦系數(shù)為0.5,法向接觸應(yīng)力行為 “硬接觸”,橡膠環(huán)與柱端部采用默認(rèn)黏結(jié)接觸,切向行為定義為無摩擦,通過綁定約束定義橡膠環(huán)外部面與高強(qiáng)混凝土梁的約束。為得到荷載-位移曲線,采用位移控制加載制度。加載方式分為單向荷載加載與往復(fù)荷載加載。單向加載位移從0至90 mm(1/18),每級(jí)增量5 mm;往復(fù)加載采用變幅加載方式,前6級(jí)加載為單次循環(huán),每級(jí)增量5 mm,后3級(jí)加載每級(jí)循環(huán)3次,每級(jí)增量10 mm。

3.3 單元選擇

木柱、混凝土梁采用實(shí)體單元C3D8R單元,鋼筋籠采用桁架單元T3D2單元模擬鋼筋,橡膠采用C3D8H雜交單元進(jìn)行模擬,實(shí)體單元網(wǎng)格劃分主要以六面體單位為主進(jìn)行劃分。

3.4 模型參數(shù)

本文根據(jù)實(shí)際分析問題的需要建立不同類型模型,模型具體參數(shù)如表2所列。

4 單調(diào)加載荷載變形分析

4.1 破壞模式

圖4為裝配節(jié)點(diǎn)在荷載作用下各位置的應(yīng)力云圖?？紤]到各組模型的應(yīng)力分布相似,圖4僅給出C60混凝土現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)受力云圖。在控制位移達(dá)到最大荷載作用下,該梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)力區(qū)域主要出現(xiàn)在柱體中下部位的受壓受拉側(cè)、填充材料和預(yù)埋鋼圈受壓側(cè)以及前后端對(duì)稱部位,梁內(nèi)嵌槽底部受壓側(cè),產(chǎn)生破壞的區(qū)域是柱體的受壓側(cè)的屈服破壞,受拉側(cè)的屈服破壞。

已有研究[15]表明,榫卯節(jié)點(diǎn)主要破壞區(qū)域發(fā)生在榫頸處,并且在側(cè)向剛度較低時(shí),在水平荷載作用下易發(fā)生傾斜。從圖5柔性節(jié)點(diǎn)木柱端部應(yīng)力云圖中可以看出,柱體最大應(yīng)力區(qū)主要出現(xiàn)在嵌入嵌槽的木柱端部,在隨著橡膠材料硬度的提高,柱端所受應(yīng)力的區(qū)域面積增加,但柱端部所受最大主應(yīng)力變小;現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)柱腳未出現(xiàn)最大壓應(yīng)力,其最大壓應(yīng)力區(qū)域有上移的現(xiàn)象。表明節(jié)點(diǎn)阻尼材料硬度提高時(shí)柱腳最大主應(yīng)力減小,但柱體所受應(yīng)力的區(qū)域面積增加。

表2 有限元模型的主要參數(shù)

圖4 現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)應(yīng)力圖Fig.4 Stress diagram of cast-in-place node

圖5 木柱應(yīng)力圖Fig.5 Stress diagram of timber column

4.2 理論模型對(duì)比分析

圖6給出了不同模型的橡膠水平向壓縮量和柱腳抬起量值變化關(guān)系,其中理論值呈現(xiàn)線性變化,空槽節(jié)點(diǎn)和阻尼節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)出非線性變化,且小于理論值。因不考慮木柱體受荷彎曲變形的情況下,將木柱體視為剛體,其柱體在受荷情況下,在距離槽深高度h處的柱體產(chǎn)生水平向位移Δx,柱腳抬起豎向位移Δy,其中Δx在阻尼節(jié)點(diǎn)中可作為理想狀態(tài)下橡膠壓縮變量。根據(jù)其節(jié)點(diǎn)受力機(jī)理公式(6)、(7)得出木柱體變形位移量的理論值,該理論公式將柱體作為剛體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行理論分析,其柱體理論值曲線呈現(xiàn)出線性變化關(guān)系。有相關(guān)研究[9,14]表明木柱出現(xiàn)搖擺現(xiàn)象時(shí),其柱腳與石墩接觸部位是存在木材受壓變形與柱腳抬起現(xiàn)象。KJD(空槽節(jié)點(diǎn))模型可作為搖擺柱參考,其在加載過程中出現(xiàn)柱腳截面受壓發(fā)生彈塑性變形,因此,其變形位移量曲線只是接近剛體理論變化值,并未完全與理論值曲線擬合,表明在豎向荷載作用下的水平控制位移加載時(shí),柱體是非剛體運(yùn)動(dòng)。同時(shí),其KJD節(jié)點(diǎn)模型在控制位移90 mm(轉(zhuǎn)角1/18)產(chǎn)生Δx水平向位移4.14 mm,柱腳抬起Δy高度8.45 mm,阻尼材料為30 HA硬度的橡膠時(shí)左端受壓區(qū)橡膠壓縮量達(dá)到2.45 mm,壓縮了49%,臨近橡膠的破壞極限,右端柱腳抬起高度6.8 mm,增加橡膠后柱體水平位移和腳抬起高度明顯降低,分別降低了41%和20%。表明阻尼材料增加了柱底約束,提高了柱底的轉(zhuǎn)動(dòng)約束能力。隨著節(jié)點(diǎn)阻尼材料硬度提高,節(jié)點(diǎn)橡膠的壓縮變形量變小,柱腳提升高度變低,柱根部抗彎約束能力增強(qiáng),柱體轉(zhuǎn)動(dòng)能力降低,變形位移量曲線與理論值曲線差異明顯。

圖6 不同模型的關(guān)鍵位置變形Fig.6 Deformation of key positions of different models

4.3 單調(diào)加載荷載-位移曲線

根據(jù)圖7(a)中可以看出阻尼材料的硬度影響著節(jié)點(diǎn)的承載力與剛度,并且加載初期時(shí)荷載-位移曲線呈現(xiàn)出線性變化,在控制位移達(dá)到15 mm前節(jié)點(diǎn)基本處于彈性階段,阻尼材料硬度越大屈服荷載越大,并且在達(dá)到峰值荷載后其承載能力下降緩慢,說明節(jié)點(diǎn)的阻尼材料硬度與結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的承載力和剛度成正比關(guān)系;根據(jù)圖7(b)可知,當(dāng)豎向荷載為200 kN時(shí)曲線無明顯下降段,當(dāng)豎向荷載600 kN時(shí),轉(zhuǎn)角達(dá)到1/50時(shí)曲線出現(xiàn)十分明顯的下降段,即豎向荷載施加的大小對(duì)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)塑性變形、破壞存在明顯的影響。

圖7 單調(diào)加載荷載-位移曲線Fig.7 Displacement-load curves under monotonic load

4.4 力學(xué)性能分析

延性系數(shù)計(jì)算方法,對(duì)于沒有明顯屈服點(diǎn)的荷載-位移曲線,多采用能量等效法來確定屈服點(diǎn),極限荷載是以峰值荷載Fp的85%來確定,其極限荷載Fu所對(duì)應(yīng)的就是極限位移Δu,延性系數(shù)μ=θu/θy。

依據(jù)公式計(jì)算力學(xué)性能如表3,可以得出阻尼材料邵氏硬度與其承載能力、延性有相應(yīng)正比例關(guān)系,硬度越大的阻尼材料使節(jié)點(diǎn)剛度得到有效提高,并且隨阻尼材料硬度地提高其節(jié)點(diǎn)的屈服位移與屈服荷載、峰值位移與峰值荷載也隨之增大,其承載能力、延性也逐漸接近現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)。

表3 裝配節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能

5 循環(huán)加載分析

5.1 滯回曲線

由于該裝配式節(jié)點(diǎn)在相關(guān)參數(shù)相近時(shí)其滯回曲線形態(tài)較為相似,圖8給出特征較為明顯的滯回曲線。其阻尼材料硬度大小不同對(duì)滯回曲線的飽滿度和形狀有著明顯影響?，F(xiàn)澆型節(jié)點(diǎn)滯回曲線較為飽滿,其耗能能力較好,但加載后期有產(chǎn)生較大的殘余變形進(jìn)行耗能。阻尼材料邵氏硬度在71 HA以上時(shí)滯回曲線的“捏縮”現(xiàn)象不明顯,這說明節(jié)點(diǎn)的阻尼材料硬度越大其剛度越大,對(duì)節(jié)點(diǎn)處的約束能力相對(duì)較強(qiáng),在荷載作用下節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生滑移量較小,并且滯回曲線沒有明顯的下降段,說明其承載能力也較高。而在阻尼材料硬度下降時(shí)節(jié)點(diǎn)剛度也隨之下降,對(duì)節(jié)點(diǎn)的約束力相對(duì)減小,在控制位移增大時(shí)易產(chǎn)生大量滑移,滯回曲線開始出現(xiàn)捏縮現(xiàn)象,并且在橡膠硬度降低的情況下出現(xiàn)旗幟型滯回曲線越為明顯,這也說明橡膠材料在節(jié)點(diǎn)中發(fā)揮著彈性作用,使得節(jié)點(diǎn)在荷載作用下產(chǎn)生的殘余變形較小,在節(jié)點(diǎn)受荷卸載時(shí)橡膠發(fā)生恢復(fù)狀態(tài)。

圖8 滯回曲線Fig.8 Hysteretic curve

5.2 骨架曲線

節(jié)點(diǎn)的骨架曲線圖9(a)是以文獻(xiàn)[11,16]中搖擺柱實(shí)體試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑閰?shù)進(jìn)行數(shù)值模擬空槽節(jié)點(diǎn),該空槽節(jié)點(diǎn)的骨架曲線與其搖擺柱體試驗(yàn)?zāi)Ｐ颓€較為吻合,其屈服荷載、峰值荷載的誤差值均小于10%,說明該節(jié)點(diǎn)模型的本構(gòu)關(guān)系、接觸屬性、荷載幅值是具有一定可靠度的,該數(shù)值模擬分析的方法是可以適用于該柔性裝配節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能驗(yàn)證。

根據(jù)裝配節(jié)點(diǎn)的骨架曲線9(b)可以看出:阻尼材料硬度影響著節(jié)點(diǎn)的承載力和剛度,通過增加節(jié)點(diǎn)橡膠材料的硬度可以較為明顯地提高其承載力和峰值荷載,阻尼材料硬度在71 HA以上的節(jié)點(diǎn)無明顯屈服,阻尼材料52 HA、30 HA硬度和無阻尼材料節(jié)點(diǎn)均出現(xiàn)明顯的荷載下降段,此時(shí)節(jié)點(diǎn)承載力出現(xiàn)明顯下降,其原因就是阻尼材料硬度較低,在水平控制位移持續(xù)增加時(shí)節(jié)點(diǎn)剛度較低無法繼續(xù)提供有效剛度。

圖9 骨架曲線Fig.9 Skeleton curves

5.3 剛度退化

從圖10(a)裝配節(jié)點(diǎn)的剛度退化曲線表明,三種節(jié)點(diǎn)形式剛度退化模式也基本呈現(xiàn)出一致狀態(tài),采用C60現(xiàn)澆的節(jié)點(diǎn)初始剛度最大。三種節(jié)點(diǎn)前期初始剛度在退化趨勢(shì)時(shí)較為緩慢,在控制位移加載至10 mm(轉(zhuǎn)角1/160)后其各節(jié)點(diǎn)均開始出現(xiàn)明顯的剛度退化,其中阻尼型節(jié)點(diǎn)剛度較現(xiàn)澆型節(jié)點(diǎn)剛度退化較為平緩,控制位移加載至40 mm(轉(zhuǎn)角1/40)后三種節(jié)點(diǎn)剛度退化趨勢(shì)呈現(xiàn)相似狀態(tài),加載后期阻尼節(jié)點(diǎn)橡膠硬度較大的節(jié)點(diǎn)其剛度較為接近現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn);圖10(b)圖中為阻尼材料71 HA在不同豎向荷載情況下對(duì)節(jié)點(diǎn)剛度退化的影響,控制位移在13 mm(轉(zhuǎn)角1/123)之前豎向荷載為200 kN時(shí)節(jié)點(diǎn)剛度最大,但其曲線斜率也最大,說明其剛度退化速度較快,而豎向荷載為400 kN和600 kN時(shí)剛度退化模式基本呈現(xiàn)一致,其三種剛度曲線在中、后期剛度大小基本較為接近,說明豎向荷載的大小對(duì)節(jié)點(diǎn)的初始剛度的影響較大。

圖10 剛度退化Fig.10 Stiffness degradation

5.4 等效黏滯阻尼比

節(jié)點(diǎn)耗能能力是指節(jié)點(diǎn)在一個(gè)循環(huán)加載過程中吸收能量與卸載釋放能量的差值。本文采用等效黏滯阻尼比he表示節(jié)點(diǎn)的耗能能力,分別求出加載循環(huán)級(jí)的黏滯阻尼比。

從圖11(a)中可以看出,三種節(jié)點(diǎn)的等效黏滯阻尼比均隨著控制位移的增大而增大,現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)各級(jí)阻尼比均大于另外兩種形式的節(jié)點(diǎn),而橡膠硬度在71 HA時(shí)各級(jí)等效黏滯阻尼比在阻尼式節(jié)點(diǎn)中最高,具有較好的耗能能力。有研究表明[16]豎向荷載增加可以明顯提高柱腳恢復(fù)能力。從圖11(b)中說明豎向荷載的大小也影響著阻尼節(jié)點(diǎn)的阻尼比,豎向荷載為600 kN時(shí)各級(jí)等效黏滯阻尼比均是最大值,說明了豎向荷載的增加為柱腳提供了恢復(fù)彎矩。

6 結(jié)論

通過上述分析,本文可以得出以下結(jié)論:

(1) 在水平荷載作用下,梁柱的柔性裝配節(jié)點(diǎn)失效狀態(tài)主要有:①柱端部的受拉、受壓狀態(tài)。破壞模式主要有柱受拉側(cè)出現(xiàn)消壓抬起的現(xiàn)象導(dǎo)致木柱拔出,受壓側(cè)出現(xiàn)柱腳受壓屈服現(xiàn)象;②橡膠主要受到柱體端部的壓應(yīng)力。破壞模式主要是壓縮變形達(dá)到其破壞狀態(tài),但其破壞出現(xiàn)與橡膠硬度有一定關(guān)系,在位移荷載一定時(shí)硬度小的橡膠壓縮變形量越大;③混凝土梁嵌槽底部受到柱腳的壓應(yīng)力。破壞模式為混凝土受壓損壞。

圖11 等效黏滯阻尼比Fig.11 Equivalent viscous damping ratio

(2) 在豎向荷載不變的情況下,隨著節(jié)點(diǎn)阻尼材料硬度提高節(jié)點(diǎn)的剛度、承載能力、延性也隨之提高并接近現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)性能;柱腳受壓區(qū)出現(xiàn)屈服的現(xiàn)象會(huì)延遲,且柱腳部位最大應(yīng)力值減小,但其柱身受壓屈服破壞的面積區(qū)域?qū)?huì)增大。隨著阻尼材料硬度提高,橡膠水平向壓縮量與柱腳提升高度變小,增加了柱底轉(zhuǎn)動(dòng)約束能力,有效限制柱體側(cè)傾與柱腳抬起。

(3) 在柔性節(jié)點(diǎn)中阻尼材料為71 HA硬度的橡膠時(shí)其耗能能力最好,且在節(jié)點(diǎn)阻尼材料硬度不變時(shí),水平位移荷載一定的情況下豎向荷載增加會(huì)使節(jié)點(diǎn)梁柱接觸面的摩擦力增大,柔性節(jié)點(diǎn)黏滯阻尼比會(huì)提高,耗能能力增加。