不同加載路徑對(duì)鋼筋混凝土L形柱抗震性能的影響

　摘要：為了進(jìn)一步探討復(fù)雜加載路徑下鋼筋混凝土L形柱的受力性能，采用基于有限單元柔度法纖維模型梁柱單元，對(duì)忽略剪切和扭轉(zhuǎn)影響的鋼筋混凝土L形柱在不同加載路徑下的抗震性能進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬分析，研究了不同加載路徑對(duì)鋼筋混凝土L形柱承載力、延性、累積滯回耗能等的影響。結(jié)果表明，現(xiàn)有鋼筋混凝土L形柱抗震性能評(píng)定方法應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整，以考慮加載路徑對(duì)評(píng)定結(jié)果的影響。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土柱加載路徑抗震性能

1．引言

目前國內(nèi)外對(duì)鋼筋混凝土框架柱在雙向任意加載路徑下的受力性能已有一定的研究[1-3]，但僅限于對(duì)普通矩形柱的研究，對(duì)L形柱的研究也只限于沿某一工程軸或斜向加載下的受力性能上[4－7]。這與目前可進(jìn)行多維擬靜力試驗(yàn)的設(shè)備、設(shè)施較少，特別是試驗(yàn)加載控制較為困難，沒有相應(yīng)的多維加載控制軟件有關(guān)[1]。由于現(xiàn)有鋼筋混凝土L形柱抗震性能的評(píng)定主要是建立在沿某一工程軸這一特定的加載路徑的試驗(yàn)研究基礎(chǔ)之上，為建立和完善鋼筋混凝土異形柱抗震性能的評(píng)定方法，提供必要的理論依據(jù)，有必要對(duì)鋼筋混凝土L形柱在不同雙軸加載路徑下的受力性能進(jìn)行研究。

考慮到目前進(jìn)行鋼筋混凝土L形柱多維擬靜力加載試驗(yàn)存在困難，本文采用可同時(shí)考慮軸力－雙軸彎矩相互耦合作用和剛度退化的纖維模型，編制了相應(yīng)的非線性分析程序，對(duì)鋼筋混凝土L形柱在不同加載路徑下的受力性能進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬分析，比較了單軸受力和雙軸受力時(shí)L形柱受力性能的差異，研究了不同加載路徑對(duì)鋼筋混凝土L形柱承載力、延性、累積滯回耗能等的影響。
2．鋼筋混凝土L形柱非線性分析

2.1計(jì)算模型

本文采用基于纖維模型梁柱單元編制的非線性分析程序?qū)Σ煌虞d路徑下的鋼筋混凝土L形柱進(jìn)行非線性分析，其分析效率和精度已在構(gòu)件層次和結(jié)構(gòu)層次上分別進(jìn)行了驗(yàn)證[8-10]。纖維模型將梁柱單元截面離散化為若干纖維，并在假定整個(gè)正截面符合平截面假定的同時(shí)，假定每根纖維處于單軸應(yīng)力狀態(tài)，再根據(jù)相應(yīng)纖維材料的單軸應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系便可計(jì)算截面在多軸加載條件下的復(fù)雜恢復(fù)力關(guān)系?？赏ㄟ^對(duì)纖維材料的單軸應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系的適當(dāng)修正來考慮箍筋橫向約束影響。在此基礎(chǔ)上依據(jù)有限單元柔度法理論來建立梁柱單元?jiǎng)偠染仃?避免了傳統(tǒng)剛度法理論由于采用單元位移形函數(shù)的假定所引起的單元內(nèi)力分布的準(zhǔn)確性問題，對(duì)于處理結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)入軟化段的材料和幾何雙重非線性問題，具有很好的效果[10]。有關(guān)梁柱單元的形成、單元和截面狀態(tài)的確定等具體內(nèi)容，詳見文獻(xiàn)[10]。

本文中的鋼筋模型選用最初由Menegotto和Pinto(1973)所建議后經(jīng)Filippou等人修改以考慮等向應(yīng)變硬化影響的雙線型本構(gòu)模型[11]，如圖1。對(duì)于混凝土，采用Scott等人擴(kuò)展后的Kent-Park模型，如圖2所示。通過修改素混凝土(無約束混凝土)受壓骨架線應(yīng)變軟化段斜率來考慮箍筋對(duì)混凝土的約束影響。

2.2計(jì)算參數(shù)及加載規(guī)則

本文對(duì)5根軸壓比均為0.2，且有相同尺寸和配筋的鋼筋混凝土L形柱在不同加載路徑下的抗震性能進(jìn)行了研究。各構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30，混凝土保護(hù)層厚30mm，縱筋強(qiáng)度fy取值為388N/mm2，箍筋強(qiáng)度fyv取值為272N/mm2，彈性模量Es取值為2.0×10MPa，E‘取0.1Es，k為考慮箍筋約束所引起的混凝土強(qiáng)度增加系數(shù)?；炷聊Ｐ蛥?shù)見表1。由于纖維模型目前尚不能考慮扭轉(zhuǎn)、剪切的影響，本文構(gòu)件剪跨比均設(shè)計(jì)為H/h＝3.5，較實(shí)際工程應(yīng)用有所偏高以保證模擬分析結(jié)果的足夠準(zhǔn)確性[12]，同時(shí)在進(jìn)行加載時(shí)水平荷載作用點(diǎn)通過截面彎心，即不考慮實(shí)際可能同時(shí)出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)影響。構(gòu)件尺寸和配筋如圖3。

本文采用位移控制的加載方式，共選用了5種路徑，如圖4所示。以RC-0作為對(duì)比的基準(zhǔn)，RC-1~RC-4分別代表x與y軸位移同向、同步、同幅；同步、同幅但不同向；不同步、不同幅但能同時(shí)達(dá)到各自峰值；不同步、不同幅、不能同時(shí)達(dá)到各自峰值的四種加載路徑，以考察對(duì)鋼筋混凝土L形柱抗震性能評(píng)定結(jié)果的影響。由于鋼筋混凝土L形柱在復(fù)雜加載路徑下的屈服位移的確定目前仍未有較為一致的規(guī)定，為便于與當(dāng)前鋼筋混凝土L形柱抗震性能評(píng)定方式比較，即本文RC-0加載規(guī)則，按此規(guī)則以受拉邊鋼筋首次屈服相應(yīng)的柱頂位移作為本文的基本位移統(tǒng)一進(jìn)行加載，并且正反向相同，經(jīng)計(jì)算該基本位移值約為9mm；x、y分別表示兩個(gè)垂直的工程軸方向，除RC-1、RC-2柱x、y方向均按9mm施加相同位移外，其余雙軸加載構(gòu)件RC-3、RC-4都是先加x向的位移，隨后加y向的位移。x方向加載過程為：第一次幅值為9mm，循環(huán)3圈，然后增加9mm的幅值，循環(huán)3圈，如此 進(jìn)行；x方向與y方向的幅值比為5：4。

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