摘要：我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處在迅速發(fā)展時(shí)期，為了保證各類工程結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性，必須貫徹“百年大計(jì)，質(zhì)量第一”的方針。但是由于建造階段可能發(fā)生的設(shè)計(jì)疏忽和施工失誤，正常使用階段可能出現(xiàn)的自然和人文災(zāi)害以及建筑材料的老化，產(chǎn)生了各種風(fēng)險(xiǎn)。因此需要對(duì)建筑物進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。而鋼管混凝土翼墻加固是一種新興的加固方法，增設(shè)翼墻能提高混凝土的剛度、極限承載力和耗能能力等。本文通過(guò)對(duì)加固模型進(jìn)行Abaqus有限元分析來(lái)驗(yàn)證這種方法的可行性。

關(guān)鍵詞：翼墻；鋼管混凝土；Abaqus有限元；加固

0引言

近年來(lái)，我國(guó)頻繁發(fā)生地震災(zāi)害，比如2008年，汶川大地震；2010年，青海玉樹(shù)大地震；2013年，四川的蘆山縣大地震；2014年，新疆省于田大地震，我們對(duì)現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能提出了更高的要求。很多建筑物和構(gòu)筑物在我們的長(zhǎng)期使用中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，如承載力不足、地基沉降、出現(xiàn)裂縫等[1]。為了能夠正常使用，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的損害，給人們帶來(lái)財(cái)產(chǎn)、精神和生命上的危害，應(yīng)該對(duì)建筑物及時(shí)的進(jìn)行可靠度鑒定，并采取相應(yīng)的措施對(duì)建筑物進(jìn)行加固維修。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)加固的方法主要包括：外包鋼法、粘貼纖維復(fù)合材料加固法、粘鋼加固法、增大截面法、增設(shè)翼墻加固等[2]。本文將通過(guò)Abaqus非線性有限元模擬來(lái)探究鋼管混凝土翼墻的受力性能。

1構(gòu)件尺寸及模型建立

1.1構(gòu)件的尺寸

本文模擬中選取如下的模型作為研究對(duì)象：混凝土柱尺寸500×500mm，柱高1.8m，縱向鋼筋12B16，箍筋B8@ 200mm，底端加密箍筋B8@100mm（B為鋼筋直徑），兩側(cè)的翼墻為鋼管混凝土翼墻，用鋼套箍將鋼管混凝土翼墻的端部與鋼筋混凝土柱固結(jié)在一起，其它部位沒(méi)有連接，鋼套箍為高度300mm，厚度為5mm。其中的一個(gè)構(gòu)件的截面如圖1.1所示。

圖1.1 構(gòu)件的截面尺寸

有限元數(shù)值模擬分別以鋼管的厚度為參變量，對(duì)不同組的構(gòu)件分別進(jìn)行低周反復(fù)荷載作用下的模擬。其中L表示鋼筋混凝土柱的長(zhǎng)，B表示鋼筋混凝土柱的寬；l表示鋼管混凝土翼墻的長(zhǎng)度，b表示鋼管混凝土翼墻的厚度；n表示軸壓比；t表示鋼管的厚度。構(gòu)件尺寸如表1.1。

表1.1 鋼管混凝土翼墻加固構(gòu)件模擬試件表

試件編號(hào) L（mm） ×B（mm） l（mm） ×b（mm） n t（mm）

JGZ-1 500×500 300×200 0.5 3

JGZ-2 500×500 300×200 0.5 5

JGZ-3 500×500 300×200 0.5 7

1.2模型的建立

運(yùn)用創(chuàng)建部命令件創(chuàng)建混凝土柱、混凝土翼墻、鋼管、縱筋和箍筋各部件，其中混凝土柱、 混凝翼墻和鋼管為實(shí)體單元，而縱筋和箍筋為桁架單元。如圖1.2所示。

圖1.2 模型建立

2不同試件的有限元分析

2.1試件的滯回曲線

在軸壓比0.5時(shí)，翼墻中鋼管的厚度為3mm、5mm、7mm的鋼管混凝土翼墻加固柱的構(gòu)件滯回曲線如圖2.1所示。

圖2.1 JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3滯回曲線

從圖2.1能夠看出，在這組模擬中任何一個(gè)滯回曲線形狀都表現(xiàn)為比較飽滿的梭形，這反映了鋼管混凝土翼墻加固鋼筋混凝土柱具有良好的耗能能力以及抗震性能[3]。

從這組的滯回曲線可以看出，鋼管厚度t=7mm的加固構(gòu)件的滯回曲線的峰值最大，t=3mm的加固構(gòu)件滯回曲線峰值最小，說(shuō)明鋼管厚度越大鋼管混凝土翼墻加固柱的極限承載力越大。隨著加載的繼續(xù)進(jìn)行，滯回曲環(huán)的峰值出現(xiàn)了下降，不同鋼管厚度下降的趨勢(shì)也不同，鋼管厚度為3mm的加固柱下降趨勢(shì)比鋼管厚度為7mm的加固柱下降趨勢(shì)大，說(shuō)明隨著鋼管厚度的增大鋼管混凝土翼墻加固柱的延性增加[4]。

2.2試件的骨架曲線

在軸壓比為0.5時(shí)，翼墻中鋼管厚度為3mm、5mm、7mm的鋼管混凝土翼墻加固柱的構(gòu)件骨架曲線如下圖2.2所示。

圖2.2JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3骨架曲線

從圖2.2可以看出，鋼管混凝土翼墻中鋼管厚度為7mm時(shí)加固構(gòu)件的極限承載力值最大，鋼管厚度為5mm次之，鋼管厚度為3mm最小，說(shuō)明了隨著鋼管厚度的增加鋼管混凝土翼墻加固柱的極限承載力增大。

在骨架曲線的前期彈性階段，鋼管厚度為7mm的鋼管混凝土翼墻加固的鋼筋混凝土柱的斜率最大，說(shuō)明隨著鋼管厚度的增加構(gòu)件的彈性階段的剛度增大，加載后期骨架曲線均有一段保持水平，表現(xiàn)出鋼管混凝土翼墻加固柱具有良好的塑性性能；隨著荷載繼續(xù)加載，骨架曲線出現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明鋼管混凝土加固鋼筋混凝土柱的延性降低；鋼管厚度為3mm的加固構(gòu)件下降趨勢(shì)大于鋼管厚度為7mm的加固構(gòu)件，說(shuō)明了鋼管厚度越大加固構(gòu)件的延性越好[5]。

3結(jié)論

利用有限元軟件ABAQUS以鋼管厚度為參數(shù)建立的3個(gè)鋼管混凝土翼墻加固鋼筋混凝土柱模型，并進(jìn)行了模擬分析，從提取的滯回曲線和骨架曲線上可以看出，鋼管混凝土翼墻加固柱均具有較好的耗能能力及抗震性能。鋼管厚度增加則構(gòu)件的極限承載力增大，剛度增大，耗能能力良好。由于篇幅有限有些參變量沒(méi)有考慮進(jìn)來(lái)，在以后的研究中將重點(diǎn)關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

[1] 魏闖.增設(shè)翼墻加固功能混凝土柱受力性能研究[D]沈陽(yáng)建筑大學(xué)碩士論文，2011

[2] 柳炳康，吳勝興，周安.工程結(jié)構(gòu)鑒定與加固[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008

[3] 張心令，王財(cái)全，劉潔平. 翼墻加固方法對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，2012

[4] 景悅.方鋼管混凝土軸壓短柱非線性有限元分析[D].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文，2008

[5] 孫修禮，梁書(shū)亭.鋼管混凝土框架骨架曲線研究[J].地震工程與工程振動(dòng)，2007

作者簡(jiǎn)介：宋成建（1989--），男？，山東菏澤人，結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，在讀碩士