l形實體式鋼管混凝土組合柱抗震性能研究

l形實體式鋼管混凝土組合柱抗震性能研究

0新型l形鋼管混凝土組合異形柱在管道混凝土的圈子里注入混凝土，然后它們共同承受的張力形狀是支柱的形狀。相比于單純的鋼混混凝土柱，組合鋼管混凝土柱是將單個鋼管混凝土柱通過連接件連接起來，在滿足實際工程需求的前提下保證美觀、工廠化生產、承載力性能和裝配化的一種結構構件近年來，我國的鋼管混凝土組合異形柱發(fā)展迅速，陳志華等為了應對實際工程的不同需求，文中提出了一種新型的采用雙連接板連接的實體式L形鋼管混凝土組合異形柱，使用Abaqus模擬此種柱的擬靜力試驗來研究它的抗震性能，試件的設計主要通過改變鋼管連接件的尺寸、施以不同的豎向恒荷載、改變鋼管尺寸、采用不同的鋼材和混凝土材料來進行。1柱的模型設計為了進行此次有限元分析研究，共設計了14個試件，為了與實際試驗相對應，模型試件也是縮尺試件，縮尺比例為2/3，柱高均為2240mm,3根端柱兩兩之間由兩塊連接板通長連接，連接板外壁與鋼管外壁對齊，試件柱體的截面形式如圖1所示，同時為了保證柱頭柱腳處的剛度，在這兩個位置加設靴板，為了模擬試驗加載裝置的連接，在柱頭設置作動器連接板，最終模型如圖2所示。試件的編號和參數見圖3、表1。2模型屬性2.1材料屬性和網格劃分鋼管、端板、靴板等鋼構件的材料采用雙折線模型2.2機和曲線模擬為了模擬實際構件中各部分的連接方式，鋼管與靴板等鋼組件之間連接時采用綁定約束來模擬焊接關系。為了防止混凝土穿透鋼材導致模擬結果不準確，混凝土與鋼材在法線方向采用硬接觸，混凝土與鋼材在切線方向采用庫倫摩擦模型，摩擦系數取0.6。2.3和點rp-3如圖5所示，對上、下端板以及用來模擬實際試驗中作動器的連接件都分別耦合在點RP-1和點RP-3上，上、下端板耦合點均在各個試件的截面形心處。通過限制下端板耦合點的所有位移從而起到固端約束效果；而上端板耦合點則施加豎向的恒定軸力，恒定豎向軸力的大小則根據各個試件的截面進行計算；水平荷載施加在作動器連接件耦合點RP-2上，對準截面形心。2.4加載方案參照規(guī)程3結果與分析3.1試驗結果驗證圖8是試驗和模擬結果對比圖，可見，相比于試驗，模擬值在剛度和強度衰退上有些差異，但整體上模擬結果和試驗結果吻合較好，證明建模較準確，模擬方法具有可靠性。3.2返回曲線和骨架曲線滯回曲線只取下降到水平極限荷載的85%之前的數據，然后整理得到了對應的骨架曲線。3.2.1軸壓比的影響圖9是軸壓比對比組的數據整理結果，各試件的軸壓比n、峰值荷載P和對應的位移Δ見表2。可見軸壓比更大的Z3-ZY0.6比Z1-ZY0.4更快的到達水平峰值荷載并進入衰減階段。軸壓比由0.4到0.5的過程中，正向峰值荷載下降了4.5%，反向峰值荷載下降了3.3%，軸壓比由0.5到0.6的過程中，正、反向峰值荷載各下降了2.8%和3.1%，所以隨著軸壓比的增大，峰值荷載在逐漸變小。Z1-ZY0.4破壞前即水平荷載下降到峰值荷載85%之前對應的位移為72mm，而在同樣的加載方案下的Z2-ZY0.5、Z3-ZY0.6在破壞前的位移只能達到64mm，即高軸壓比加速了試件到達峰值荷載后的強度衰減，可見，軸壓比對試件的延性影響很大。3.2.2連接板寬度的影響圖10是連接板寬度對比組的數據整理結果，表3是各試件的軸壓比n、峰值荷載P和對應的位移Δ。顯然，水平荷載峰值和連接板寬度呈正相關，相比于Z1-ZY0.4,Z4-LJBK150在正、反向峰值荷載上分別增加了30.9%、28.8%；相比于Z4-LJBK150,Z5-LJBK200在正、反向峰值荷載上分別增加了27.5%、20.8%，而且隨著鋼板寬度的增加，試件的剛度亦顯著增加。但是連接板更寬的試件在水平極限荷載后的承載力衰減更快，延性下降。3.2.3連接板厚度的影響圖11是連接板厚度對比組的數據整理結果，各試件的軸壓比n、峰值荷載P和對應的位移Δ如表4。連接板厚度由4mm增加到6mm，正、反向峰值荷載分別增加了5.8%和4.5%，連接板厚度由6mm增加到8mm，正、反向峰值荷載分別增加了5.7%和5.1%，所以板厚度與峰值荷載呈正相關，但是強度衰減有所加快，試件Z6-LJBH6和Z7-LJBH8破壞之前對應的位移只到64mm，即隨著連接板厚的增加試件的延性有所下降。3.2.4為“表12”的表1鋼管尺寸對比組的數據整理結果，各試件的軸壓比n、峰值荷載P和對應的位移Δ如表5和圖12所示。峰值荷載與鋼管尺寸呈正相關，鋼管管徑由100mm增加到150mm，正、反向峰值荷載分別增加了91.4%和95.3%，鋼管尺寸的增加對峰值荷載和剛度的加強非常明顯，但同時變形能力也下降明顯。3.2.5表6和圖6鋼管厚度對比組的數據整理結果，各試件的軸壓比n、峰值荷載P和對應的位移Δ如表6和圖13所示。顯然，鋼管厚度與峰值荷載呈正相關，鋼管厚度由4～6mm，正、反向峰值荷載分別增加了28.2%和32.0%，鋼管厚度由6mm增加到8mm，正、反向峰值荷載分別增加了23.8%和23.7%，同時剛度也有所增加。3.2.6正、反向沉積荷載圖14鋼材對比組的滯數據整理結果，各試件的軸壓比n、峰值荷載P和對應的位移Δ如表7。相比于Z1-ZY0.4,Z11-Q345在正、反向上峰值荷載分別增加了15.2%和17.5%，相比于Z11-Q345,Z12-Q420在正、反向上峰值荷載分別增加了18.5%和17.9%，可見，隨著鋼材強度的增大，峰值荷載也在變大，。隨著鋼材強度的增大，試件的延性也有所改善。3.2.7混凝土的影響圖15是混凝土對比組的數據整理結果，各試件的軸壓比n、峰值荷載P和對應的位移Δ如表8。可見，隨著混凝土強度的增加，峰值荷載有小幅變化，混凝土由C30增加到C40，正、反向峰值荷載分別增加了0.64%和1.7%，混凝土由C40增加到C50，正向峰值荷載下降了0.32%，反向峰值荷載增加1.0%，顯然，混凝土對構件的峰值荷載以及其他性能影響不大。4各參數對組合柱抗震性能的影響文中對此種L形雙連接板實體式方鋼管混凝土組合柱進行了有限元模擬，以連接板寬度、連接板厚度、鋼管管徑、管厚、混凝土強度、鋼材強度以及軸壓比為研究參數，通過對14個低周反復加載有限元模擬試驗，整理了滯回曲線和骨架曲線，并以此分析了各參數對組合柱抗震性能的影響，得出了以下結論：(1）軸壓比對試件的水平峰值荷載有一定的影響，隨著軸壓力增大試件的峰值荷載小幅降低，但軸壓力主要影響試件的變形能力，所以軸壓比與試件的延性呈負相關。(2）連接板寬度、鋼管的管徑和鋼管的厚度對試件的水平峰值荷載和試件的剛度影響很大，而且兩者呈正相關，但一定程度上與延性呈負相關。連接板厚度的影響與連接板寬度類似，但相比之下連