• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      循環(huán)荷載作用下SFRC/RC組合柱抗震性能研究*

      2022-06-21 02:25:24張軍朋方先慧
      施工技術(shù)(中英文) 2022年9期
      關(guān)鍵詞:配箍率軸壓延性

      張軍朋,方先慧

      (昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院,云南 昆明 650500)

      0 引言

      鋼筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架柱是建筑結(jié)構(gòu)中重要的承重和水平抗力構(gòu)件,對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能具有重要影響[1-2],在地震作用下,RC柱會(huì)發(fā)生彎剪、剪切、壓屈等破壞[3]。大量地震災(zāi)害表明,RC柱破壞是引起建筑物倒塌的主要原因[3],提高RC柱抗震性能一直是工程界關(guān)心的問(wèn)題。

      基于此,多位學(xué)者對(duì)影響RC柱抗震性能的因素進(jìn)行了分析,如李艷艷等[4]對(duì)7根RC柱進(jìn)行循環(huán)加載試驗(yàn),結(jié)果表明當(dāng)軸壓比較大時(shí),RC柱剛度退化能力增大,延性降低,當(dāng)配箍率增大時(shí),RC柱耗能能力得到提升;Belkacem等[5]對(duì)RC柱抗震性能進(jìn)行分析,結(jié)果表明軸壓比和配箍率對(duì)RC柱抗震性能的影響較大;葛文杰等[6]研究了循環(huán)荷載作用下4根500MPa級(jí)RC矩形截面柱抗震性能,結(jié)果表明RC柱抗震性能隨著軸壓比的減小、配箍率的增大而提高。

      由以上研究可知,在一定范圍內(nèi)減小軸壓比、增大配箍率能夠提高RC柱抗震性能。由于RC柱破壞部位通常出現(xiàn)在柱端,因此多位學(xué)者通過(guò)在柱端局部使用高延性混凝土代替普通混凝土改善RC柱抗震特性,如陳俊涵[7]通過(guò)在RC柱端局部采用高韌性水泥基復(fù)合材料(engineered cementitious composite,ECC),并對(duì)RC柱和ECC/RC組合柱進(jìn)行擬靜力試驗(yàn),結(jié)果表明ECC/RC組合柱滯回曲線更飽滿,具有更好的延性和耗能能力;梁興文等[8]采用纖維增強(qiáng)混凝土(fiber reinforced concrete,F(xiàn)RC)局部代替柱端普通混凝土,并對(duì)其耗能能力進(jìn)行研究,結(jié)果表明與RC柱相比,F(xiàn)RC柱具有較好的耗能能力。

      然而,目前關(guān)于鋼纖維混凝土(steel fiber reinforced concrete,SFRC)在RC柱端局部代替普通混凝土并對(duì)其抗震性能進(jìn)行研究的成果較少。因此,本文采用有限元軟件ABAQUS對(duì)SFRC/RC組合柱與RC柱進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算分析,將耗能、延性作為試件抗震性能評(píng)價(jià)指標(biāo),研究軸壓比、配箍率對(duì)SFRC/RC組合柱抗震性能的影響,并對(duì)比分析SFRC/RC組合柱和RC柱抗震性能。

      1 模型建立

      1.1 材料與單元選取

      采用有限元軟件ABAQUS中的混凝土損傷塑性模型對(duì)混凝土和鋼纖維混凝土進(jìn)行模擬。該模型中引入了損傷因子,對(duì)模擬循環(huán)荷載作用下混凝土力學(xué)性能具有較好的效果[9-10]。

      由于循環(huán)荷載作用下混凝土與鋼筋之間存在黏結(jié)滑移現(xiàn)象,通過(guò)削弱鋼筋剛度,增大滯后能耗影響系數(shù),以模擬混凝土與鋼筋之間的黏結(jié)滑移損傷[11]。

      混凝土與鋼纖維混凝土均采用八結(jié)點(diǎn)六面體線性減縮積分實(shí)體單元(C3D8R)模擬,鋼筋采用桁架Truss單元(T3D2)模擬[12-13]。

      同時(shí)考慮到模型的精確性和收斂性,單元尺寸采用50mm。損傷塑性模型中膨脹角取30°,偏心率取0.1,雙軸與單軸受壓時(shí)的初始屈服應(yīng)力比取1.16,不變應(yīng)力比取0.667,黏性參數(shù)取0.005。

      1.2 本構(gòu)關(guān)系選取

      混凝土拉、壓本構(gòu)模型按GB 50010—2010(2015年版)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[14]規(guī)定的公式確定,鋼纖維混凝土拉、壓本構(gòu)模型按高丹盈[15-16]提出的拉、壓應(yīng)力應(yīng)變公式確定。

      1.3 模型可靠性驗(yàn)證

      采用本文建立的模型進(jìn)行有限元分析,將數(shù)值模擬結(jié)果與已有學(xué)者進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,以驗(yàn)證有限元模型的可靠性。建模選取的柱編號(hào)為C-Q1[4],C-Q2[4],WF-4-3-0.6[17],WF-4-5-0.4[17],HC11[18],參數(shù)如表1所示。

      表1 已有研究試件參數(shù)

      將有限元模擬計(jì)算得到的骨架曲線與試驗(yàn)骨架曲線進(jìn)行對(duì)比,如圖1所示,各試件位移與荷載特征值如表2所示。

      圖1 已有研究試件骨架曲線對(duì)比

      由圖1和表2可知,數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,誤差<10%,表明本文建立的有限元模型可靠,可較好地還原試驗(yàn)。

      表2 已有研究試件位移與荷載特征值

      2 SFRC/RC組合柱與RC柱設(shè)計(jì)

      基于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)于柱的一般設(shè)計(jì)要求,建立5個(gè)SFRC/RC組合矩形柱試件和1個(gè)RC矩形柱試件,其中SFRC使用范圍如圖2所示,試件尺寸及配筋如圖3所示。柱縱筋及箍筋均采用HRB400鋼筋,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40,鋼纖維混凝土強(qiáng)度等級(jí)為CF40,不同工況下試件參數(shù)設(shè)計(jì)如表3所示,試驗(yàn)軸壓比與設(shè)計(jì)軸壓比換算關(guān)系為[19]:

      表3 本研究試件參數(shù)

      圖2 SFRC使用范圍示意

      (1)

      式中:nd為設(shè)計(jì)軸壓比;nt為試驗(yàn)軸壓比;δc為混凝土強(qiáng)度變異系數(shù),取0.144。

      3 加載方案及連接界面處理

      在柱頂施加水平荷載,采用力與位移混合加載方式對(duì)柱進(jìn)行循環(huán)加載,同時(shí)在柱端施加不同軸力,以控制柱的軸壓比。當(dāng)柱未屈服時(shí)采用力進(jìn)行加載,每次循環(huán)荷載增加5kN,當(dāng)柱進(jìn)入屈服狀態(tài)后,對(duì)柱進(jìn)行位移加載,加載制度如圖4所示。

      圖4 加載制度

      鋼纖維混凝土與混凝土的連接界面處理采用綁定約束,有助于消除剛體位移,并減少計(jì)算接觸狀態(tài)所需的迭代次數(shù)[20]。

      4 結(jié)果分析

      4.1 滯回性能

      通過(guò)有限元軟件ABAQUS分析得到試件破壞形態(tài),其中RC柱與SFRC/RC-1組合柱受拉損傷云圖如圖5所示,數(shù)值越大的部位表示損傷越嚴(yán)重。由圖5可知,在循環(huán)荷載作用下,柱的破壞首先發(fā)生在柱與基礎(chǔ)梁交界處,在此位置出現(xiàn)彎曲破壞;然后損傷逐漸向柱身發(fā)展,基礎(chǔ)梁將逐漸出現(xiàn)剪切破壞。SFRC/RC-1組合柱損傷程度遠(yuǎn)低于RC柱,說(shuō)明利用SFRC在柱底代替普通混凝土可明顯提高柱抗震性能。

      圖5 試件損傷云圖

      對(duì)于循環(huán)荷載作用下的RC柱與SFRC/RC組合柱,可通過(guò)滯回曲線反映延性、耗能能力及剛度退化能力。計(jì)算得到各柱滯回曲線如圖6所示,由圖6可知,各柱滯回曲線表現(xiàn)為對(duì)稱形態(tài),相比RC柱,SFRC/RC-1組合柱滯回曲線更飽滿,表明在循環(huán)荷載作用下SFRC/RC-1組合柱較RC柱耗能能力強(qiáng),即在柱底薄弱處采用SFRC代替普通混凝土能夠顯著提高柱耗能能力;當(dāng)軸壓比相同時(shí),SFRC/RC組合柱滯回曲線飽滿程度與配箍率呈正相關(guān)關(guān)系;當(dāng)配箍率相同時(shí),隨著軸壓比的增大,SFRC/RC組合柱滯回曲線出現(xiàn)“捏縮”現(xiàn)象,表明SFRC/RC組合柱耗能能力有所下降。

      圖6 各柱滯回曲線

      4.2 承載力與延性

      通過(guò)連接各柱滯回曲線峰值荷載點(diǎn),得到骨架曲線,如圖7所示。由骨架曲線計(jì)算得到各柱位移與荷載特征值,如表4所示。其中各柱屈服荷載和極限荷載分別為峰值荷載的0.75,0.85倍,各柱延性通過(guò)位移延性系數(shù)μ進(jìn)行評(píng)價(jià)[21]:

      圖7 各柱骨架曲線

      (2)

      式中:Δu為試件極限位移;Δy為試件屈服位移。

      由圖7和表4可知,SFRC/RC-1柱峰值荷載是RC柱的1.19倍,提高了18.9%;SFRC/RC-1柱位移延性系數(shù)是RC柱的1.39倍,提高了39%;達(dá)峰值荷載后,RC柱承載力較SFRC/RC-1柱承載力下降速率快,表明在軸壓比和配箍率相同的條件下,在柱底薄弱處局部采用SFRC代替普通混凝土可明顯提高柱承載力和延性;當(dāng)SFRC/RC組合柱軸壓比相同,配箍率為0.47%~0.87%時(shí),隨著配箍率的提高,柱峰值荷載和位移延性系數(shù)相應(yīng)提高,但當(dāng)配箍率提高36%時(shí),SFRC/RC組合柱峰值荷載和位移延性系數(shù)分別提高4.5%,2.5%,表明增大配箍率雖可提高SFRC/RC組合柱峰值荷載和位移延性系數(shù),但提高幅度較??;當(dāng)SFRC/RC組合柱配箍率相同,軸壓比為0.35~0.75時(shí),隨著軸壓比的減小,柱位移延性系數(shù)相應(yīng)提高,但峰值荷載基本保持不變,當(dāng)軸壓比下降32%時(shí),SFRC/RC組合柱位移延性系數(shù)提高23.11%;達(dá)峰值荷載后,隨著軸壓比的增大,SFRC/RC組合柱骨架曲線下降段的下降速度越來(lái)越快,表明增大軸壓比會(huì)大幅度減弱柱延性。

      表4 本研究各柱位移與荷載特征值

      4.3 耗能

      在實(shí)際工程中,等效黏滯阻尼系數(shù)ξeq通常被用于判斷結(jié)構(gòu)耗能能力,并據(jù)此評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)抗震性能。等效黏性阻尼系數(shù)越大,耗能能力越強(qiáng)[22]。計(jì)算得到不同位移幅值下各柱等效黏滯阻尼系數(shù)如表5所示,其與位移的關(guān)系曲線如圖8所示。

      表5 不同位移幅值下柱等效黏滯阻尼系數(shù)

      圖8 等效黏滯阻尼系數(shù)與位移關(guān)系曲線

      由表5和圖8可知,在循環(huán)荷載作用下,各柱等效黏滯阻尼系數(shù)均隨著水平方向位移的增大而增大,但幅值越來(lái)越小,其中SFRC/RC-1柱等效黏滯阻尼系數(shù)較RC柱小,當(dāng)水平方向位移達(dá)45mm時(shí),SFRC/RC-1柱等效黏滯阻尼系數(shù)為RC柱的1.16倍,提高了16.2%,表明SFRC/RC-1柱抗震性能優(yōu)于RC柱;當(dāng)軸壓比和水平方向位移相同時(shí),SFRC/RC組合柱等效黏滯阻尼系數(shù)隨著配箍率的減小而減小,當(dāng)水平方向位移達(dá)45mm時(shí),SFRC/RC-1柱等效黏滯阻尼系數(shù)分別較SFRC/RC-2,SFRC/RC-3柱提高了4.76%,6.99%;當(dāng)配箍率和水平方向位移相同時(shí),SFRC/RC組合柱等效黏滯阻尼系數(shù)隨著軸壓比的增大而減小,當(dāng)水平方向位移達(dá)45mm時(shí),SFRC/RC-2柱等效黏滯阻尼系數(shù)分別較SFRC/RC-4,SFRC/RC-5柱提高了8.04%,15.46%,表明在一定范圍內(nèi)增大配箍率、減小軸壓比可提高柱耗能能力,其中軸壓比的影響較大。

      5 結(jié)語(yǔ)

      1)在相同配箍率和軸壓比下,SFRC/RC組合柱位移延性系數(shù)較RC柱提高了39%,等效黏滯阻尼系數(shù)提高了16.2%,說(shuō)明在柱底采用SFRC代替普通混凝土能夠明顯提高RC柱抗震性能。

      2)對(duì)于SFRC/RC組合柱,當(dāng)軸壓比相同,配箍率為0.47%~0.87%時(shí),隨著配箍率的增大,柱峰值荷載、位移延性系數(shù)和等效黏滯阻尼系數(shù)均有所提高,當(dāng)配箍率提高36%時(shí),柱峰值荷載、位移延性系數(shù)和等效黏滯阻尼系數(shù)分別提高了4.5%,2.5%,3.5%。

      3)對(duì)于SFRC/RC組合柱,當(dāng)配箍率相同,軸壓比為0.35~0.75時(shí),隨著軸壓比的減小,柱位移延性系數(shù)和等效黏滯阻尼系數(shù)均增大,當(dāng)軸壓比減小32%時(shí),柱位移延性系數(shù)和等效黏滯阻尼系數(shù)分別提高了23.11%,6.33%。

      4)軸壓比對(duì)SFRC/RC組合柱抗震性能的影響大于配箍率,為提高SFRC/RC組合柱抗震性能,應(yīng)優(yōu)先考慮軸壓比的影響。

      猜你喜歡
      配箍率軸壓延性
      遠(yuǎn)場(chǎng)地震作用下累積延性比譜的建立
      復(fù)合材料修復(fù)含裂紋圓管的軸壓承載特性研究
      碳纖維三向織物約束混凝土軸壓力學(xué)性能研究
      小剪跨比鋼管混凝土組合橋墩抗震性能試驗(yàn)研究
      高軸壓比下PVA—ECC柱抗震性能試驗(yàn)研究
      配箍率對(duì)不同剪跨比RPC梁受剪性能的影響分析
      矩形鋼管截面延性等級(jí)和板件寬厚比相關(guān)關(guān)系
      配箍率對(duì)高強(qiáng)鋼筋RPC梁抗剪性能影響研究
      B和Ti對(duì)TWIP鋼熱延性的影響
      汽車文摘(2015年8期)2015-12-15 03:54:08
      軸壓下鋼筋混凝土橋墩塑性鉸特性研究
      蛟河市| 麻江县| 高尔夫| 濮阳县| 三原县| 应用必备| 军事| 航空| 永和县| 明光市| 兰西县| 淳安县| 昆山市| 龙泉市| 鄄城县| 陆川县| 广丰县| 博野县| 扎鲁特旗| 建德市| 亚东县| 安顺市| 桑植县| 双峰县| 镇远县| 内丘县| 余江县| 淅川县| 奈曼旗| 长岛县| 宿州市| 南郑县| 彭阳县| 个旧市| 榕江县| 石屏县| 安西县| 噶尔县| 云和县| 九龙城区| 阳谷县|