雙綴板l形鋼管混凝土組合柱抗震性能研究

雙綴板l形鋼管混凝土組合柱抗震性能研究

0住宅建材行業(yè)自由基本法律概念近年來，這種類型的異柱結構在住宅建筑業(yè)中得到了很好的應用。目前鋼筋混凝土異形柱在實際工程中應用最多，但其抗剪能力較矩形柱差，節(jié)點抗震性能和承載力較弱1試驗總結1.1測試設計選取文獻1.2加速度豎向荷載采用電液伺服作動器及液壓千斤頂配合反力支架進行試件的低周反復加載試驗。利用量程為200t的液壓千斤頂在軸向分三個階段依次遞增豎向荷載，直至加載到指定軸壓比對應的荷載值，且維持至試驗結束為止。水平荷載由固定在反力墻上量程為100t的電液伺服作動器施加，采用荷載-位移混合控制法，試件屈服前采用荷載控制加載，每級循環(huán)一次，當接近屈服荷載時，級差縮小為50kN，屈服后采用位移控制加載，以屈服位移Δy的倍數(shù)為級差，每級循環(huán)兩次，直至試件承載力下降至極限承載力的85%以下或者試件破壞時停止加載。2材料模型及材料參數(shù)采用ABAQUS數(shù)值分析軟件對文獻各試件計算模型均采用C3D8R單元，混凝土材料選用軟件自帶的損傷塑性模型定義，單軸受壓應力-應變關系采用文獻3數(shù)值模擬試驗為研究綴板寬厚比R、軸壓比n、混凝土強度C及鋼材強度Q對該新型鋼管混凝土異形柱抗震性能的影響，設計了9根雙綴板連接式L形鋼管混凝土異形柱試件進行數(shù)值模擬試驗，各試件的參數(shù)變化如表4所示。3.1荷載分配失穩(wěn)分析以1由于方鋼管混凝土端柱同時承受軸向壓力和水平荷載，且水平荷載加載方向與L形試件的中性軸不垂直，因此受壓側(cè)端柱在軸向壓應力和水平彎曲壓應力的疊加作用下最先達到屈服；隨著水平荷載的增加，受壓側(cè)端柱出現(xiàn)面內(nèi)失穩(wěn)變形；荷載繼續(xù)增加時，受壓側(cè)變形增大，承載力達到極限值；之后繼續(xù)增加荷載，試件整體失穩(wěn)變形，承載力逐漸下降并最終破壞，破壞變形云圖如圖5所示。其中鋼管柱腳處應力較大，發(fā)生明顯鼓曲變形，沿柱高方向應力逐漸減小，原因是底部鋼管已進入塑性變形狀態(tài)，且部分已破壞；距柱底350mm范圍內(nèi)的混凝土被壓碎喪失承載能力而退出工作；靠近柱底的豎向綴板由于受到周圍鋼管鼓曲變形的影響，產(chǎn)生較明顯的擠壓變形。3.2滯回曲線與骨架曲線各試件滯回曲線及骨架曲線對比如圖6所示。從圖6可以看出，加載初期，隨著位移不斷增大，各試件的抗側(cè)承載力不斷提高，達到極限值后，隨位移的增大出現(xiàn)不同程度的降低，這主要是因為鋼管鼓曲以及內(nèi)部填充混凝土的累積損傷，造成試件剛度下降。各試件滯回曲線均呈現(xiàn)較飽滿狀態(tài)，無明顯捏縮現(xiàn)象，具有良好的滯回性能，骨架曲線形狀相似，正負向均有一定的下降段。需要注意的是，由于試件幾何尺寸及加載方向的影響，各試件滯回曲線與骨架曲線均呈現(xiàn)不對稱，負向承載力高于正向，表現(xiàn)為受壓側(cè)端柱底部較早發(fā)生鼓曲變形，內(nèi)部混凝土壓碎退出受力工作。采用不同綴板寬厚比對新型組合異形柱進行低周反復加載時，試件的滯回曲線及骨架曲線如圖6(a）、（e）所示，隨著綴板寬厚比的增大，試件極限位移變化不大，極限承載力提高，但骨架曲線下降段變陡，分析其原因，可能是由于綴板寬度的增加提高了試件整體承載力，但達到極限承載力后，試件的易變形位置由端柱轉(zhuǎn)移至綴板，承載力退化速度增加。分析圖6(b）、（f）可知，軸壓比對試件的滯回性能影響顯著，隨著軸壓比的增大，試件極限位移及抗側(cè)承載力明顯減小，骨架曲線下降速度加劇，特別是5混凝土強度對試件滯回曲線及骨架曲線的影響如圖6(c）、（g）所示。隨著混凝土強度的提高，試件的極限位移略有增加，極限承載力變化不大，正負向抗側(cè)承載力差值略有增加，這是因為提高混凝土強度可避免鋼管內(nèi)填混凝土過早發(fā)生壓碎現(xiàn)象。分析圖6(g）可以看出，混凝土強度的改變對試件屈服前的性能幾乎無影響，2分析圖6(d）、（h）可知，鋼材強度對新型組合異形柱滯回曲線及骨架曲線均有顯著影響，隨著鋼材強度的提高，試件極限位移增加，極限承載力明顯提高，相比83.3滯回包絡面積對構件抗強性的影響依據(jù)JGJ/T101—2015《建筑抗震試驗規(guī)程》及文獻耗能能力是衡量構件抗震能力的重要指標，可借助滯回曲線包絡的面積來衡量，滯回環(huán)包絡的面積越大，耗能能力越強。本文采用能量耗散系數(shù)E和等效黏滯阻尼系數(shù)h式中：S各試件位移延性系數(shù)、能量耗散系數(shù)及等效粘滯阻尼系數(shù)如表5所示。分析13.4綴板寬度比的影響剛度退化指的是在循環(huán)反復荷載作用下，保持相同的峰值荷載時，峰值點位移隨循環(huán)次數(shù)的增加而增大的現(xiàn)象，該指標體現(xiàn)了結構構件在反復荷載作用下變形性能降低的狀況。本文采用環(huán)線剛度K式中：K各試件剛度退化對比如圖9所示，由于試件幾何尺寸及荷載加載方向的影響，加載初期試件的正負向初始剛度值相差較大，隨著位移的增加，正負向剛度差距逐漸縮小，最終趨于一致。從圖9(a）可以看出，隨著綴板寬厚比的增大，試件初始剛度顯著增加，但剛度退化速度加快，這是因為在保證綴板厚度不變的前提下，增大綴板寬度可以增加截面積，提高試件整體的剛度，但隨著循環(huán)位移的增加，綴板寬厚比越大的試件越易發(fā)生局部屈曲變形。從圖9(b）可以看出，不同軸壓比試件的剛度退化曲線相似，具有相同的退化趨勢，在加載初期，試件的剛度退化速度較快，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，退化趨于平緩，需要注意的是，軸壓比越大，試件正負向剛度差值越大。分析其原因，在豎向與水平向荷載共同作用下，試件鋼管逐漸屈曲，內(nèi)部混凝土裂縫擴展，累積損傷加劇，加載后期，試件依靠塑性變形消耗滯回能量，減弱剛度損傷。分析圖9(c）可以得出，提高混凝土強度，試件的初始剛度略有增加，退化速度及最終剛度值變化不大，顯然，混凝土強度的改變對試件剛度無明顯影響。分析圖9(d）可以得出，提高鋼材強度，試件初期的剛度退化曲線變緩，后期退化速度基本相同，這說明鋼材強度越高，試件初期越不易發(fā)生變形，剛度損失越小。隨著加載位移的增加，試件最終剛度無明顯差別，顯然說明，該新型組合異形柱具有良好的抗震性能。4試件性能及影響因素本文采用ABAQUS有限元軟件對9根雙綴板連接式L形鋼管混凝土異形柱進行抗震性能數(shù)值模擬，研究了綴板寬厚比、軸壓比、混凝土強度及鋼材強度四個參數(shù)的影響，并進行了系統(tǒng)化的分析，得出以下結論：(1）該新型組合異形柱具有良好的抗震性能、延性及耗能性能，在整個循環(huán)加載試驗中，各試件剛度退化速度均處于較低狀態(tài)，未發(fā)生明顯的脆性破壞，可用于中高層裝配式建筑體系。(2）隨著綴板寬厚比的增加，試件水平承載力顯著提高，延性及耗能也有所增大，但剛度退化速度加快；增大軸壓比，試件承載力、延性及耗能均顯著降低，當軸壓比由0.3增加至0.7時，延性系數(shù)及能量耗散系數(shù)分別下降11.42%、12.32%。