废弃玻璃混凝土十字节点静力性能分析

阴晓君 许哲

摘要：目前，废弃玻璃混凝土的应用越来越广泛，但废弃玻璃混凝土梁柱节点的研究还较少。本文利用ABAQUS，建立了废弃玻璃混凝土梁柱十字节点的模型。在普通混凝土十字节点与玻璃混凝土十字节点的梁端分别施加单调荷载，对节点的静力性能进行了研究，分析了在不同阶段、不同的节点构件类型、不同的废弃玻璃替代率等情况下，废弃玻璃混凝土节点与普通混凝土节点的应力云纹图。比较得出废弃玻璃混凝土节点与普通混凝土节点的梁端荷载-位移曲线变化趋势大体一致，说明废弃玻璃混凝土在单调荷载作用下受力良好。

关键词：废弃玻璃混凝土；十字节点；单调加载

早在20世纪60年代，国内外众多学者已经对废玻璃作为混凝土骨料进行研究，是一个非常热点的话题。

美国、加拿大等国利用废弃玻璃替代沥青道路路面的填料，经过研究以及多年的使用证明[1]：利用废玻璃作为沥青道路路面的填料效果较佳。废弃玻璃的替代量达到60%后，车辆横向滑翔事故减少[2]；道路的光线反射较柔和；积雪溶化快，适宜于低气温路面。陈风晨[3]等人试验结果表明，通过使用改性沥青可以显著改善玻璃沥青混合料的粘附性、路用性能。废玻璃沥青混合料的高温稳定性（动稳定度）、水稳定性以及抗滑性均符合现行规范的要求。

本文利用大型通用有限元软件ABAQUS，建立了废弃玻璃混凝土梁柱十字节点的模型。

1.节点构件尺寸的确定

Fig2 Node 2 component geometry size and schematic diagram of steel

两种节点构件的具体尺寸如圖1和图2所示。构件均采用“强柱弱梁”的设计原则，第一种节点构件采用“弱梁、强柱、强节点”，使梁端弯曲破坏先于柱端破坏和核心区破坏。第二种节点构件采用“强梁、强柱、弱节点”，使核心区破坏先于柱端破坏和梁端破坏。

2.材料的力学性能指标

普通混凝土、废弃玻璃替代50%的混凝土细集料和废弃玻璃替代100%的混凝土细集料的材料力学性能指标具体如表1所示。

表1废弃玻璃混凝土的力学性能指标

Tab1 The mechanics performance of waste glass concrete

3节点构件的静力性能分析

3.1 废弃玻璃混凝土梁柱节点在单调荷载作用下的应力分析

Von Mises：冯米斯应力，应力云纹。它用应力等值线来表示模型内部的应力分布情况，它可以清晰的描述出某个部分在整个模型的变化，从而快速的确定模型中最危险的区域。

3.1.1 混凝土的应力分析

图3中（a1）-（c1）是普通混凝土梁柱节点构件的应力云纹图：在Step time=0.025s（A点）时，混凝土的应力值比较小，处于弹性阶段。在Step time=0.38s（B点）时，混凝土进入塑性阶段，应力值出现不均匀分布。在Step time=1s（C点）时，混凝土的压应力达到了设计值，表示混凝土已经破坏。（a2）-（c2）是废弃玻璃替代率50%-混凝土梁柱节点构件的应力云纹图，（a3）-（c3）是废弃玻璃替代率100%-混凝土梁柱节点构件的应力云纹图。不论是玻璃替代率50%-混凝土还是玻璃替代率100%-混凝土，每个阶段云纹图的变化趋势大体是一致的，只是在进入各个阶段的位移和每个阶段的应力值上有少许的变化。

3.1.2 钢筋的应力分析

图4节点构件1的钢筋笼骨架应力云纹图，当Step time=0.025s（A点）时，梁根部纵筋的应力值较小，处于弹性阶段；在Step time=0.38s（B点）时，梁部的钢筋已达到屈服强度的85%左右，进入屈服阶段后，梁与节点相交处的梁根部钢筋应力较大；在Step time=1s（C点）时，节点区的钢筋笼有稍许的鼓起，出现了变形，发生破坏。图5是节点构件2的钢筋笼骨架应力云纹图，对比节点构件1的钢筋笼骨架应力云纹图，在B点和C点上节点构件1的最大应力出现在梁根部，而节点构件2的最大应力处出现在节点处。这是由于节点构件1属于梁端弯曲破坏，节点构件2属于节点核心区剪切破坏。从钢筋笼骨架云纹图可以清楚的看出，它们是符合设计原则的。

4 结论

（1）由应力云纹图可以看出：在单调荷载作用下，废弃玻璃混凝土梁柱节点和普通混凝土梁柱节点的云纹图的变化趋势大体是一致的。

（2）比较两种不同配箍率节点构件的应力云纹图，验证了它们的破坏形式符合节点的设计原则。在实际工程中，应严格按照抗震规范所给出的设计原则，避免节点脆性破坏带来的人员伤亡和金钱损失。

参考文献：

[1] 党永发，朱建辉，熊建平等.掺矿渣水泥混凝土路用性能的研究[J].水泥工程，2005（4）：15-17.

[2] D.Higgins. The Effect of GGBS on the durability of concrete[J].Concrete，1991，25（6）1：17-20.

[3] 陈风晨，李立寒，杜鹃.废玻璃沥青混合料性能的实验研究[J].建筑材料学报. 2006（02）.