Page 39 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 11 期 曹徐阳，等：外附装配式框架-支撑减震加固体系高效数值模拟方法与动力灾变响应分析 2497

预应力
筋锚固
装配式钢板混凝土梁
预应力筋连接与锚固

后浇
装配式屈曲约束支撑 混凝土
高强摩擦螺栓连接 锚固螺栓连接
A A 预应力孔道
螺栓 加固示意图 新型外附装配式
连接 框架-支撑子结构
·
A-A
装配式钢板混凝土柱
老旧建筑
② ③ 预应力
筋贯穿

① ④
预应力
筋锚固
螺栓连接节点区
连接示意图 连接完成图 老旧建筑
节点区 新型外附装配式
框架-支撑子结构
外附柱 外附梁
锚固螺栓
外附预应力

新型外附装配式
外附支撑 框架-支撑子结构

图 1 提出的外附装配式框架-支撑子结构加固示意图
Fig. 1 Schematic diagram of the retrofitting form of the proposed externally-attached frame-braced substructure

款专门的有限元软件，该软件的主要用途是进行结 凝土和钢筋纤维进行积分，可以得到该截面的荷载-
构工程、桥梁工程以及岩土工程的地震反应分析， 变形关系。此外，对于箍筋约束区域的核心部分，可
其计算精度和效率得到了充分验证。本章节介绍的 采用约束混凝土本构模型。
高效数值模拟方法即基于 OpenSEES 软件平台 [15] 。 （2）节点核心区的单元与材料考虑

对于外附子结构体系的梁-柱节点区，鉴于其采
2.1 建模方法介绍
用了预制与后浇连接，这一形式会影响节点的剪切
在该装配式子结构中，外附预应力和外附支撑 等行为，从而对整体结构的加固性能产生影响。因
是主要的加固构件，分别承担震后恢复和消能减震 此，在节点区选用了 Joint2D 单元，以重点分析预制-
的作用。为了独立分析这两类构件的影响，相关的 后浇连接所引起的力学特性变化，如图 3（b）所示。
数值模型被划分为两类：第一类模型仅考虑外附预 Joint2D 单元被简化为一种四边形剪切板，包含 4 个
应力的子结构，第二类模型则只关注外附支撑的子 外部节点与 1 个中心节点。中心节点负责控制核心
结 构， 图 2 展 示 了 二 类 模 型 的 结 构 组 成 及 单 元 选 区域的弯矩-转角关系和剪切变形模式。在该模型
择。图 3 为外附装配式加固体系数值模拟细节示意图。 之 中， 中 心 节 点 采 用 的 是 Pinching4 材 料 本 构 模 型 ，
（1）主体框架的单元与材料考虑 此模型能够有效反映节点区在滞回加载下的强度退
既有框架（灰色直线）和外附框架（蓝色直线）的 化、刚度退化以及捏缩滑移等特征。
梁柱主体均采用非线性梁柱单元，并配置纤维梁柱 （3）新旧结构连接界面的单元与材料考虑
截面，主体框架结构与地面固接，如图 3（a）所示。这 外 附 构 件 通过 Rigidlink 约 束 与 现 有 的 梁 柱 连
些非线性梁柱单元基于柔度法进行编译，其柔度矩 接。在外附预制柱的上部，采用了 Zerolengthsection
阵通过高斯积分法进行计算。对于混凝土纤维和钢 单元来替代 Rigidlink 约束，旨在有效反映既有结构
板/钢筋纤维，分别使用 Concrete02 和 Steel02 单轴材 与外附子结构在界面处的剪切行为特征，如图 3（c）
料本构模型。在计算时，通过对某一截面上所有混 所示。Zerolengthsection 单元局部坐标系的 x 轴与整