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《贵州大学》 2019年
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区域约束混凝土圆柱抗震性能有限元分析

张琪  
【摘要】:随着高层和超高层建筑的快速发展,传统钢筋混凝土柱很难同时满足延性和承载力的要求,现有研究表明,区域约束混凝土柱能有效解决高轴压情况下的短柱问题。目前区域约束混凝土柱多涉及矩形截面柱,对圆形截面柱的研究刚刚起步,本课题旨在利用ABAQUS有限元软件模拟分析不同轴压比、剪跨比、箍筋间距和配箍方式下区域约束混凝土圆柱的抗震性能。主要研究工作如下:(1)对区域约束混凝土圆柱进行了理论分析:(1)介绍了区域约束混凝土的本构模型;(2)从约束应力分布、约束效率对比和受拉裂缝开展等方面与传统井字箍约束混凝土柱做比较,分析了区域约束混凝土圆柱的受力特点;(3)推导出区域约束混凝土圆柱轴心受压和偏心受压的承载力计算公式,得到了中部和两侧等效受压区混凝土的合力及合力的位置。(2)利用ABAQUS有限元软件对轴压比为0.9和1.1的区域约束混凝土圆柱在往复荷载下的试验数据进行了验证:结果表明:(1)采用混凝土损伤模型(CDP模型)定义混凝土材料,采用区域约束混凝土本构模型和经典的双线性随动强化模型分别作为混凝土和钢筋的本构模型,可以较为准确地描述区域约束混凝土圆柱在往复荷载作用下的力学行为;(2)试验结果与模拟结果拟合较好,水平承载力的最大误差仅为6.4%;(3)建模过程中未考虑几何非线性会高估柱子在往复荷载作用下的承载力和抗震性能。(3)利用ABAQUS有限元软件对区域约束混凝土圆柱和芯柱进行了拟静力往复荷载模拟分析:7根区域约束混凝土圆柱设计轴压比分别为0.9、1.1和1.3,剪跨比分别为3、4和5,箍筋间距分别为50mm、75mm和100mm,1根芯柱设计轴压比为1.1,剪跨比为5,箍筋间距为100mm。通过滞回曲线、骨架曲线、变形能力、耗能能力、刚度退化和水平承载力等研究分析可见:(1)试件均表现出良好的抗震性能;(2)轴压比较大的区域约束混凝土圆柱,水平承载力大,但后期承载力下降速度和刚度退化速度相对较快,延性和耗能能力较差;(3)剪跨比较大的区域约束混凝土圆柱,水平承载力小,延性和耗能能力强;(4)约束系数小(即箍筋间距小)的区域约束混凝土圆柱,水平承载力小,延性变形和耗能能力较差;(5)在其他因素不变的情况下,区域约束混凝土圆柱和芯柱的抗震性能基本一致;(6)在轴压比为1.1,剪跨比为4,箍筋间距为50mm时,区域约束混凝土圆柱的抗震性能最优。研究证明区域约束混凝土圆柱具有良好的受力性能及抗震性能,研究结论能为工程设计提供合理的参考依据。
【学位授予单位】:贵州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TU352.11;TU37

【参考文献】
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