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钢筋混凝土柱抗震性能试验及优化模拟分析

张和平  
【摘要】:钢筋混凝土柱作为混凝土框架结构主要承重构件,它既承担着竖向荷载又承担着水平荷载。柱的破坏容易造成整个结构的破坏。因此,准确预测地震作用下钢筋混凝土柱的受力性能及其纵筋屈服以后的变形性能,特别是峰值荷载以后的承载力、刚度退化特征,对评估结构的震害程度和安全性具有重要意义。 本文主要研究工作及所取得的结论: ①对两个悬臂柱进行了低周反复加载试验,考察了纵筋强度等级、轴压比对试件抗震性能的影响,同时量测了柱端塑性铰区的弯曲变形、剪切变形以及纵筋粘结滑移变形,得到了各个试件的水平力—柱顶侧移、水平力—弯曲转角、水平力—剪切角以及水平力—滑移转角滞回关系,并通过对数据的整理计算、分析了三种变形对柱顶侧移的贡献。 ②在数值模拟分析时,为了能比较准确地预测试件的水平力—柱顶侧移滞回关系,本文在OpenSees中就其所提供的各种约束混凝土模型和钢筋模型进行了对比,同时考察了积分点数量和纤维划分数目对计算精度的影响方式,获得了单个构件的优化模型化方法。 ③在获得的单个构件的优化模型化方法基础之上,通过引入可以考虑屈曲及疲劳损伤的钢筋本构模型,分别对八根钢筋混凝土悬臂柱进行了进一步优化的数值模拟。经过对比分析,本文发现,对于轴压比较小的试件,考虑了纵筋屈曲及疲劳损伤的模拟结果明显减小了对各目标位移处试件的水平承载力的预测值与试验实测值之间的差异,对试件的捏缩效应的模拟也取得了不错的效果;对于轴压比较大的试件,考虑纵筋屈曲及疲劳损伤的模拟虽未能准确地预测各目标位移处试件的水平承载力,但对峰值承载力之后试件水平承载力退化的速度的预测结果则与试验实测结果大致相同。 ④为了考察忽略柱底纵筋锚固段滑移及剪切效应对模拟计算结果的影响,本文在OpenSees中对其中一个钢筋混凝土悬臂柱进行了同时考虑纵筋滑移和剪切效应的模拟。通过对模拟结果的对比分析,本文发现,就本文的试件而言,忽略柱底纵筋滑移和剪切效应不会给计算结果带来明显误差。


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