L形方钢管混凝土组合异形柱弱轴抗震性能研究_康寅.pdf
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1、第 卷第期 青 岛 理 工 大 学 学 报 形方钢管混凝土组合异形柱弱轴抗震性能研究康寅,王培(青岛酒店管理职业技术学院 酒店工程学院,青岛 ;青岛理工大学 理学院,青岛 )摘要:形方钢管组合异形柱建筑效果好、抗震性能强,目前已应用于汶川等高烈度区的灾后重建。但是当下对形方钢管组合异形柱抗震性能的研判多是基于其强轴的抗震性能,而对其弱轴的抗震性能研究较少。因此,通过对 个形方钢管组合异形柱 有限元模型的数值模拟,对其弱轴的抗震性能进行研究,得到其弱轴的破坏现象、极限层间位移角及延性系数的线性拟合公式。可为方钢管组合异形柱结构的推广及实际应用提供参考。关键词:形方钢管混凝土组合异形柱;弱轴抗震性
2、能;有限元分析;曲线拟合中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:基金项目:山东省自然科学基金资助项目()作者简介:康寅(),女,山东招远人。硕士,讲师,主要从事结构工程方面的研究。:。,(,;,):,:;青 岛理工大学学报第 卷近年来,异形柱结构以其独特的优势逐渐受到工程建设者的青睐。相较于框架结构,异形柱结构不露柱脚,不占用使用面积,建筑效果好;相较于剪力墙结构,异形柱结构柱肢短,造价低。但是由于异形柱的质心与刚心不重合,导致其抗扭刚度及抗震性能均低于规则方柱。我国规范对异形柱结构的最大适用高度有严格的限制,且在度()及度区禁止使用异形柱结构,而这无疑对异形柱结构的推广产生了一定的影
3、响。为提高异形柱的抗震性能,参照钢管混凝土柱的设计思路,陈志华等将多个方钢管混凝土柱用连接钢板相连,设计出了一种形方钢管混凝土组合异形柱(柱),如图所示。轴压及压弯承载力试验证明:柱的破坏模式以绕弱轴的扭转失稳为主,其承载力与普通混凝土异形柱相比有较大提升。周婷对 柱试件施加 向(图)的低周反复作用,对其强轴的抗震性能进行了研究,试验证明:柱绕强轴方向的延性系数约为 ,具有较好的抗震性能。鉴于上述研究基础,陈志华等将方钢管混凝土组合异形柱框架结构应用于汶川渔子溪村的灾后重建,取得了良好的社会效益和建筑效果。图 柱示意综上所述,柱抗震性能良好,可用于工程实际。但这一研判多是基于其强轴的抗震性能,
4、相关的试验及有限元模拟也多是从向施加低周反复荷载。而形截面存在弱轴且地震波的来向具有不确定性,因此本文利用 有限元软件从向(图)对 柱施加低周反复荷载,对其弱轴的抗震性能进行了研究。试件设计选用常用建筑材料 混凝土及 钢材进行试件设计。如图所示,参考常用民居建筑的层高,取柱高为 ;为保证连接钢板的局部稳定,参考相关规范,在连接钢板的两侧对称设置横向加劲肋,外伸长度取为(),纵向间距取为 ,厚度与连接钢板相同,均为;为节约钢材降低造价,在连接钢板的中部开设圆洞,直径为 ,纵向间距为 。试验以柱肢厚度、方钢管壁厚及柱肢长厚比()为变量设计试件,试件编号及相关参数如表所示。图试件示意第期康寅,等:形
5、方钢管混凝土组合异形柱弱轴抗震性能研究表试件构造尺寸试件编号试件编号 注:为柱肢厚;为长厚比,;为方钢管壁厚有限元参数设计及验证混凝土本构模型采用塑性损伤本构模型,弹性模量取验证试验的实测数据,其余参数参考相关试验 的有限元设置,如表所示。表塑性损伤本构模型参数弹性模量()泊松比膨胀角()偏心率 黏性参数 混凝土受压本构模型钢管中的混凝土在受压时处于四面约束的状态,与普通混凝土的受力状态并不相同,为模拟其应力应变特性,当应变 时,选用与李威 相近的本构模型;当应变 时,为使模拟结果中骨架曲线的下降段与验证试验相契合,经试算,选用线性下降的本构关系,如式()所示。()()()()()图混凝土受压
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