混凝土柱的震致残余变形量化分析.pdf
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1、低温建筑技术 2 0 1 5年第 l O期 ( 总第 2 0 8划 ) 圈 DOI:1013905jcnkidwjz201510016 混凝土柱 的震致残余变形量化分 析 周威 , 唱佳鸣 ( 哈尔滨工业大学土木工程学院结构工程灾变与控制教育部重点实验室 。 哈尔滨1 5 0 0 9 0) 【 摘要】 获得地震动引起混凝土结构残余变形量化指标, 提出震致残余变形的控制准则, 可为震后结构抗 震加固提供技术依据, 开展了混凝土框架柱的震致残余变形的非线性分析。按低周反复加载的混凝土模型柱的 非线性分析结果获得的滞回曲线与试验结果较为吻合, 验证了分析方法的适用性。以不同的轴压比、 剪跨比、 混
2、凝土强度、 纵筋配筋率等扩参数分析 , 分析了混凝土柱残余变形的控制因素。输入 E m e r y v i l l e地震波, 考虑混凝士 强度、 剪跨比、 配筋率的影响, 分析了混凝土柱的非线性动力时程反应 , 获得了相应的震致残余变形大小及各参数 对其影响规律。 【 关键词】 混凝土; 柱; 地震; 残余变形 ; 非线性分析 【 中图分类号】 T U 3 1 2 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 5 ) 1 0 0 0 3 4 0 4 N0NL I NE AR ANALYS I S ON RES I DUAL DI S P LACEM
3、 E NT oF REI NFoRCED CoNCRETE CoL UMNS S UBJ ECT ED I NT o S E I S MI C I NP UT Z HOU We i ,C h a n g J i a mi n g ( K e y L a b o f S t r u c t u r e s D y n a m i c B e h a v i o r a n d C o n t r o l ,S c h o o l o f C i v i l E n g i H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ,H a r b
4、 i n , 1 5 0 0 9 0 C h i n a ) A b s t r a c t : Q u a n t i f y i n g a s s e s s m e n t o n r e s i d u a l d i s p l a c e m e n t s a n d p r o p o s i n g c o n t r o l d e a d l i n e o f r e s i d - u a l d i s p l a c e me n t f 0 r r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t ru c t u r e s a r
5、 e a n e s s e nt i a l me a s u r e o f p o s te a r t h q u a k e s e i s mi c s t r e ng t h e n i n g Th us ,no n l i n e a r a n a l y s i s wa s u s e d t o a c q ui r e t h e r e s i d ua l d i s p l a c e me n t o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e( R C )c o l u mn s A R C c o l u m n m o
6、 d e l w a s s u b j e c t e d i n t o r e p e a t e d l o a d i n g p a t t e rnA n a p p r o x i m a t e t e n d e n c y o f r e d u c e d p i n c h wa s o bs e r v e d i n b o t h o f t h e h y s t e r e t i c l o o p s b a s e d o n e x pe r i me n t f r o m mo de l s p e c i me n s a n d t h e
7、i r n o n l i n e a r a n a l y s i s ,w h i c h v e r i fi e s t h e f e a s i b i l i t y o f a n a l y z i n g s i mu l a t i o n E x p a n d i n g p a r a me t e r s i n c l u d i n g r a t i o o f a x i a l c o mp r e s s i o n s t r e s s t o s t r e n gth,a s p e c t r a t i o,c o n c r e t e
8、 s t r e n g t h a n d s t e e l r a t i o,we r e u s e d t o a n a l y z e c o n t r o l i mp a c t o f r e s p o n s e o f r e s i d u a l d i s p l a c e me n t Co n s i d e r i n g t o c o n c r e t e s t r e ng t h,a s p e c t r a t i o a nd s t e e l r a t i o,Eme r y v i l l e wa v e wa s i n
9、 p u t t o a n a l y z e t h e n o n l i n e a r l y d y n a mi c r e s p o n s e The ma g n i t u d e s o f t h e r e s i d u al d r i fts o f RC c o l u mns we r e c a l c ul a t e d a nd t h e i n f l u e nc e o f t h r e e p a r a me t e r s wa s c o mp a r e d Ke y wor ds: c o nc r e t e;c o l
10、u mn;e a r t h qu a ke;r e s i d u al d i s p l a c e me n t ;n o n l i n e a r a n a l y s i s 震害调查表 明, 强地震动作用下 , 除倒塌或局部倒 塌外 , 钢筋混凝土框架结 构构件 层面上 的震损 以框 架 柱或梁柱节点震损最为普遍 。而 由于地震作用使钢筋 混凝 土柱进入非线性 阶段 , 结构 震损集 中表 现为不 可 恢复 的弹塑性变形 , 即钢筋 混凝土柱 的宏观 震损 主要 表现为整体层面上的残余变形( 永久变形) , 而钢筋混 凝 土柱的侧 向残 余变 形 对于 震损 结构 的可加 固
11、性 的 判断及加固方 法 的采 用尤 为重 要 。因此 , 为满足 震后工程结构应急评估 与处理 的需要 , 确保 强震 中受 损后的钢筋混凝土柱在后续频繁余震过程中的安伞, 满足使其能够尽快恢复使用功能, 须对钢筋混凝土杜 的震致残余变形进行定 性和量 化相结合 的分 析 , 钢 筋 混凝土柱 的震致残余 变形量化 描述 , 将 为震后 结构 安 全性评定与工程结构抗震加 固提供理论依据 。 1 分析模 型及 其验证 ( 1 ) 分析模型 。选取 了混 凝土悬 臂柱 为研究对 基金项 目 国家 自然科学基金项 目( 5 1 1 0 8 1 2 4 ) ;中央高校基本科研业务 费专项资金资助
12、( H I T KI S T P 2 0 1 4 2 8 ) ; 黑龙江 省应用技 术研 究与开发计划项 目( 2 0 1 3 G 0 7 6 3) 周威等: 混凝土柱的震致残余变形量化分析 3 5 象, 采用有限元软件 O p e n S e e s 建立了模 型, 沿高度划 分为 4个单 元 、 5个结 点 。混凝 土 应力 一应 变关 系为 如图 1 所示 单轴 的 C o n c r e t e 0 2 Ma t e r i a l 模 型 。采用 的 受力纵筋本构 关 系模 型为 S t e e l 0 2 M a t e r i a l 模 型 , 骨 架 曲线和滞回模型分别如图2
13、 、 图3 所示。 在静力非线性分 析时 , 采 用 了按位移 控制 的分 级 加载方式, 而在动力非线性分析时, 在静力分析的基础 上增加 了结构 的阻尼 。 非线性分析结束后需进行数据后处理, 对于静力 非线性分析 , 利用 R e c o r d e r 模块 输 出 了结 构构 件在各 个 时刻的结点位移 、 单元杆端力 , 得 到其 力和位移的滞 回曲线; 对于动力非线性分析 , 利用 R e c o r d e r 模块输出 结构构件的非线性位移时程 , 并获得其残余变形。 ( ) 倒 一 图1 混凝土本构模型 : ; _ 一 J j J J f f * f f f J J f ,
14、 J J , , _ 8 f i f , E : - 一 应变 ( a ) 受压 倒 应变 图2钢筋骨架曲线 = =一 一 J J f 厂, I f f f , , | , , I 一 -0 01 0 0_01 0 0 0 3 0 0 0 5 O 应变 受拉 图3钢筋滞回模型 ( 2 ) 模型验证。分析研究对象为文献 5 试件 , 试验滞回曲线 。 。 与模拟滞 回曲线对比可知, 计算所 得柱顶点位移 , 与试验得 到 的基 本 一致 。由于计算 分 析中难以考虑钢筋和混凝土间的粘结滑移等, 导致在 非线性分析 中得 到的刚度 比试 验得到 的刚度大 。位移 相 同的条件下 , 模拟 的滞 回
15、曲线 中水平荷 载较 试验 值 偏高。模拟滞回曲线较 为饱满 , 而试验滞 回曲线呈 “ 梭形” , 模 拟柱耗能性能较试验柱 高。 2 扩参数分析 考虑到混凝土强度等级、 剪跨比和纵筋配筋率不 同水平将对对柱抗震性能的影响 , 尤其是考察不 同参 数水平条件下柱残余变形, 开展了扩大参数分析。 ( 1 ) 混 凝 土强 度影 响。在 轴压 比、 剪跨 比及纵 筋配置与试验柱 z b系列相 同的条件下, 分别取混凝 土强度等级为 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5和 C 4 0进行模拟分析。 低周反复荷载作用下的滞回曲线如图4所示 , 可 知在弹性 阶段 , 屈服前 , 柱在不 同混凝
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