本文是一篇土木工程论文，本文对预制柱中采用 100%、80%、60%灌浆率的高强钢筋锚入式预制装配式混凝土框架梁柱节点进行 ABAQUS 有限元模拟，通过在梁端施加低周往复荷载，得出节点的滞回曲线、骨架曲线，与不采用套筒灌浆的整体预制试件进行对比，分析得出整体预制、饱满灌浆、80%灌浆、60%的四个试件模型的破坏形态、恢复力特性、极限承载力；并通过改变轴压比与混凝土强度等级分析不同轴压比和混凝土强度等级下节点的破坏形态。
第 1 章 绪论
1.1 引言
装配式建筑是近年来国家提出的一种为了实现建筑产业化发展的“新型”结构体系，其与传统整体现浇的建筑相比，具有施工便捷等优点，因而受到广泛推广，装配式建筑泛指了各种包括钢结构建筑在内的所有使用干法作业的建筑结构形式，由于很少或几乎不产生污染，装配式建筑也属于绿色建筑的范畴。预制装配式混凝土结构的应用，将大量减少现场的湿作业，取而代之的是构件的安装，现浇结构由于钢筋与混凝土被浇在一起，结构的整体性较好，但施工周期长，出现质量问题修补困难，且施工受到天气的影响较大。由于预制装配式结构的构件均在工厂预制，施工现场只产生少量的湿作业，因而受天气因素影响较弱，且构件修复方便，尤其是震后的修复与重建。对装配式框架梁柱节点进行研究，是为了设计出具有良好延性以及耗能能力的框架节点，使结构具有更好的受力性能。
从广义上来说，装配式结构包含的范围更加广泛，钢结构、简易装配房屋都算是装配式建筑。2020 年初，武汉爆发了新型冠状病毒肺炎，国家决定在武汉建设火神山与雷神山医院，火神山与雷神山医院的病房采用了装配程度较高的集装箱式房屋，安装简便快捷，能够在短时间内竣工，体现了装配式结构的绝对优势，为打赢疫情防控阻击战立下了汗马功劳。二战结束后，前苏联及欧洲曾为了解决人们的居住问题，大量修建了工业化住宅，工业化住宅在某种意义上来说便是装配式建筑的雏形，但由于工艺等问题使得该建筑局限性过多而遭到拆除，而装配式建筑易于施工这一优点却始终没有改变。纵观世界范围内装配式结构建筑的发展，每一次的发展都无一例外的推动了建筑朝着工业化程度更高的方向发展。与雷神山和火神山医院这类临时房屋相比，建设一种能够长期使用的建筑应当是建筑行业今后的主要发展方向。
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1.2 装配式混凝土结构概述
预制装配混凝土结构简称 PC（Prefabricated Concrete,PC），其工艺是以预制混凝土构件为主要构件，经装配、连接、结合部分现浇而形成的混凝土结构[1]。装配式建筑装配化水平高，有利于提高建筑的品质和质量，提高房屋建造速度，节省成本。根据梁柱节点连接方式的不同，装配式混凝土框架结构分为可等同现浇结构与不可等同现浇结构。等同现浇结构的特点是节点采用刚性连接，不可等同现浇结构的特点是节点采用柔性连接。采用刚性连接的节点整体性好，延性优于采用柔性连接的装配式混凝土结构，因而目前的装配式混凝土结构的设计方法多采用“等同现浇”的方法。根据《装配式建筑评价标准》[2]，装配式建筑采用装配率作为评价结构的装配化程度。从理论上来说，任何现浇结构体系都可以实现装配式，但由于抗震设防的要求，目前还没有实现所有结构构件全部预制的装配式建筑，目前在工业与民用建筑中应用的有装配整体式混凝土框架结构、装配整体式剪力墙结构以及装配整体式框支剪力墙结构。
1.2.1 装配整体式混凝土框架结构
历次的震害表明，可靠的节点连接是保证结构受力性能的关键因素，因而现有的装配式混凝土结构多采用结构构件工业化生产，而节点现浇的装配整体式混凝土结构。装配整体式混凝土结构具有传力路径清晰，装配效率高，现场湿作业少等优点，因而在需要大空间的建筑中，常采用框架结构；比较常见的有车库、工业厂房、写字楼、教学楼等。与现浇混凝土框架结构类似，装配整体式混凝土框架结构的内部空间大，可灵活布置室内空间。不同的是，装配整体式混凝土框架结构的工业化程度高，预制构件占全部结构构件的比例可高达 80%[1]。但梁柱等结构构件可能会外露出来，影响建筑的美观程度，并且成本较高，其设计的难点也十分突出，即采用非现浇连接的混凝土梁柱节点。
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第 2 章 试件概况及有限元模型选取
2.1ABAQUS 有限元分析理论
2.1.1 ABAQUS 简介
ABAQUS 是大型通用有限元分析软件，目前被广泛应用在建筑、机械、航空航天、装备制造、医学等众多领域，它能够分析的范围从简单的线性问题到复杂的非线性问题，并且可以在温度场、电磁场等多场耦合的工况下分析，是目前世界范围内最强大的非线性有限元分析软件之一[16]~[17]。ABAQUS 早期属于美国HKS 公司，后属于法国达索公司。与其他有限元分析相比，ABAQUS 在非线性分析上具有显著优势，同时也具有较高的性价比。
ABAQUS 拥有两个强大的求解器模块，包括通用求解器以及显式积分，他们之间传输数据方便并且考虑了在通用求解器中预先设置好的静动力组合情况[18]~[19]。从易用程度来说，ABAQUS 提供了良好的图形交互界面，任何元素都可以放在设置好的集合当中，方便管理。同时，软件也提供了丰富的单元、材料以及接触类型，可以更为精准的模拟实际结构的力学行为。
2.1.2 非线性有限元分析
非线性是现实生活中广泛存在的一类现实问题，相对于线性，其变化更为复杂，在描述弹簧的形变量与弹簧所受到的力的大小时，通常会用胡克定律加以叙述，即弹簧的形变量与其所受到的力的大小成正比；在材料力学中，描述线弹性材料的应力-应变关系时，用弹性模量来表示应力的大小随应变的变化规律。对于钢筋混凝土结构而言，混凝土材料本身是非线性材料，其在单轴受拉或受压时的表现不是一条直线，因此，ABAQUS 中将非线性问题从三个方面予以考虑，即材料非线性、几何非线性及状态非线性[20]~[21]。对于钢筋混凝土结构，主要考虑材料非线性与几何非线性，他们两者并存，对于研究钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震性能时，必须对两种非线性同时考虑。
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2.2 试件尺寸及加载制度
2.2.1 试件尺寸及形式
2.2.1.1 试件的几何尺寸
本文选取的试件为混凝土框架结构梁柱中节点，在反对称荷载的作用下，由于框架结构的反弯点在梁柱的中点，故选取十字形部分作为研究对象能够较为真实的反映实际情形下框架节点的受力性能，如图 2-1 为节点加载简图。试件节点高 2895mm，宽 4300mm，节点核心区长 600mm，宽 600mm，高 600mm。试件的梁截面尺寸为 300mm×600mm，柱截面尺寸为 600mm×600mm，其中预制梁的长度为1850mm，上部预制柱的高度为1260mm，下部预制柱的高度为1035mm。
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第 3 章 非饱满灌浆高强底筋锚入式预制混凝土框架节点数值模拟............25
3.1 实体模型的建立.............................25
3.1.1 CAD 模型的建立...........................25
3.1.2 CAD 与 ABAQUS 的协同工作.....................26
第 4 章 有限元模拟结果参数分析.......................45
4.1 滞回能力.......................45
4.2 骨架曲线...............................47
第 4 章 有限元模拟结果参数分析
4.1 滞回能力
结构构件在低周反复荷载与反复位移作用时，由于钢筋混凝土是非线性材料，使得结构构件在承受较大往复荷载时，当结构构件超过自身弹性极限时而发生塑性变形，构件的变形不能够完全恢复而存在残余应变，每经过一个加卸载循环，构件的荷载与位移曲线就形成了一个环线，称作滞回环[41]~[45]，滞回环能够很好的反应结构构件在循环加卸载中的变形、刚度退化与能量耗散情况，因此滞回曲线也称作恢复力曲线，是评价结构抗震性能的重要指标[46]。
滞回曲线有四种基本形态，梭形、弓形、反 S 形及 Z 形[47]~[49]，但总体上来说是循环加卸载的次数越多，相应的结构变形也就越大，结构变形越大，其承载力也会相应降低；对于钢筋混凝土受弯结构构件，其滞回曲线大多为梭形，形状饱满，具有良好的耗能能力，对于钢筋混凝土压弯构件，其滞回曲线多数呈弓形，相比于梭形来说，弓形的中间出现了少许的捏缩，这是因为对于压弯构件来讲剪切变形的影响会产生斜裂缝，张开的斜裂缝只需要很小的力就可以使其闭合，并且会产生一定的滑移，当构件受到更大的剪切破坏时，其滞回曲线呈现出反 S 形，此时的构件将表现出更大的滑移，形状变得更加捏缩，滞回环面积减少，结构的耗能能力减弱；当构件产生更大的滑移或者发生锚固破坏时，其滞回曲线呈现 Z形，其滞回环的面积相比于反 S 形更小，耗能能力进一步减弱，不具有良好的抗震能力[26]~[27]。如图 4-1 为滞回环的四种基本形态。
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总结与展望
结论
随着预制装配式混凝土结构与高强钢筋的应用逐渐增多，本文对预制柱中采用 100%、80%、60%灌浆率的高强钢筋锚入式预制装配式混凝土框架梁柱节点进行 ABAQUS 有限元模拟，通过在梁端施加低周往复荷载，得出节点的滞回曲线、骨架曲线，与不采用套筒灌浆的整体预制试件进行对比，分析得出整体预制、饱满灌浆、80%灌浆、60%的四个试件模型的破坏形态、恢复力特性、极限承载力；并通过改变轴压比与混凝土强度等级分析不
