鞏牧華+蔡新江
摘 要:文章以三榀異形柱中框架為研究對象,分別為鋼筋混凝土異形柱框架、型鋼混凝土異形柱框架和鋼管混凝土異形柱框架,利用有限元分析軟件對三者進行推覆分析,研究不同軸壓比作用下異形柱框架承載能力、位移延性、剛度退化等方面的抗震性能特點。研究表明:軸壓比對三種異形柱框架彈性剛度影響較小,但對承載力和延性影響較大。
關(guān)鍵詞:異形柱;型鋼混凝土;鋼管混凝土;軸壓比
引言
異形柱結(jié)構(gòu)因其柱楞不凸出、得房率高等優(yōu)點,備受開發(fā)商和消費者的青睞。目前,對普通鋼筋混凝土(RC)異形柱結(jié)構(gòu)的研究已較為廣泛[1-2],而對型鋼混凝土(SRC)異形柱結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土(CFST)異形柱結(jié)構(gòu)的研究較多集中在構(gòu)件層面。本文對三種不同形式的異形柱框架的抗震性能進行推覆分析,研究三種框架在不同軸壓比作用下抗震性能特點,為異形柱結(jié)構(gòu)體系的理論分析提供參考。
1 模型設(shè)計
本文框架模型選用兩跨三層的異形柱中框架,其邊柱為T形柱,中柱為十字形柱。框架底層層高為1.6m,二、三兩層層高均為1.2m,縮尺比例為1:2.5。三種形式框架柱截面尺寸相同,肢高為300mm,肢厚為100mm,梁截面均采用鋼筋混凝土梁,梁寬取100mm,與異形柱肢厚相等,梁高取280mm。三種框架主要區(qū)別在于柱截面配鋼(筋)形式不同,具體幾何尺寸以及截面配鋼(筋)形式如圖1所示(單位:mm)。
在材料選擇上,混凝土采用C35混凝土;鋼筋為HRB335鋼筋,柱中縱筋直徑8mm,箍筋直徑6mm,在柱端300mm范圍內(nèi)以及節(jié)點核心區(qū)進行加密,加密區(qū)間距40mm,非加密區(qū)間距80mm;框架梁主筋直徑12mm,箍筋直徑6mm,在梁端400mm范圍內(nèi)進行加密,加密區(qū)間距40mm,非加密區(qū)間距80mm;型鋼選用Q235鋼板焊接而成。
2 有限元模型的建立
選用OpenSees有限元分析軟件進行分析,建模時采用纖維單元定義構(gòu)件截面,根據(jù)不同材料劃分為不同纖維。在單元選取上采用基于位移的梁柱單元(Displacement-Based Beam-Column)來模擬梁、柱構(gòu)件。為了保證模擬結(jié)果的精確性,將所有梁柱構(gòu)件均離散為5個單元,每個單元積分點數(shù)為5。
材料上,混凝土采用Concrete02 Material,本構(gòu)關(guān)系為Scott等人修正后的Kent- Park本構(gòu)模型,該模型能夠較好反映箍筋對核心區(qū)混凝土的約束作用,因此在截面上就不需要再建立箍筋纖維。鋼筋和型鋼均采用Steel02 Material,本構(gòu)關(guān)系為Filippou等人修正后的Menegotto-Pinto本構(gòu)模型,該模型考慮了鋼材硬化的影響。
3 推覆分析
本文側(cè)向加載模式為抗震規(guī)范中規(guī)定的倒三角模式。由于異形柱框架中柱設(shè)計軸壓比是邊柱的兩倍,邊柱的軸壓比參數(shù)N取1、0.1、0.2和0.3進行分析。三種異形柱框架結(jié)構(gòu)在不同軸壓比下的推覆分析計算結(jié)果如圖2所示。
由上述計算結(jié)果可知,軸壓比對三種異形柱框架的彈性剛度影響均較小,隨著軸壓比的增大,對框架承載能力和延性的影響也逐漸增大。對于RC異形柱框架來說,邊柱軸壓比從0到0.1,框架承載能力有了適當提高,但當軸壓比大于0.1之后,對承載能力影響很小,但延性有所降低。對于SRC異形柱框架和CFST異形柱框架,軸壓比的變化對二者影響效果相類似,隨著軸壓比的增大,結(jié)構(gòu)的承載能力逐漸降低,位移延性也隨之降低。因此在對SRC異形柱框架和CFST異形柱框架進行設(shè)計時,要著重考慮軸壓比的影響。
4 結(jié)束語
本文以三種不同形式的異形柱框架為研究對象,在柱截面尺寸、軸壓比和梁截面均一致的前提下,在不同軸壓比下對三者進行推覆分析,得到以下結(jié)論:
(1)軸壓比對三種不同形式異形柱框架彈性剛度影響較小。
(2)邊柱軸壓比較小范圍內(nèi)變大時,RC異形柱框架承載力有所提高,軸壓比超過0.1時,對承載力影響較小,但延性會隨軸壓比的增大而減小。
(3)SRC異形柱框架和CFST異形柱框架,隨著軸壓比的增大,結(jié)構(gòu)的承載能力逐漸降低,位移延性也隨之降低。
參考文獻
[1]肖建莊,黃玨,張建榮,等.高性能混凝土異形柱邊框架抗震性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2002,23(6):19-25.
[2]王鐵成,林海,康谷貽,等.鋼筋混凝土異形柱框架試驗及靜力彈塑性分析[J].天津大學(xué)學(xué)報,2006,39(12):1457-1464.
作者簡介:鞏牧華(1990-),女,漢族,江蘇宿遷,碩士研究生,鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,研究方向:建筑結(jié)構(gòu)、工程抗震。
蔡新江(1981-),男,漢族,江蘇蘇州,博士研究生,蘇州科技大學(xué),研究方向:建筑結(jié)構(gòu)、工程抗震。