鞏牧華+蔡新江

摘 要：文章以三榀異形柱中框架為研究對(duì)象，分別為鋼筋混凝土異形柱框架、型鋼混凝土異形柱框架和鋼管混凝土異形柱框架，利用有限元分析軟件對(duì)三者進(jìn)行推覆分析，研究不同軸壓比作用下異形柱框架承載能力、位移延性、剛度退化等方面的抗震性能特點(diǎn)。研究表明：軸壓比對(duì)三種異形柱框架彈性剛度影響較小，但對(duì)承載力和延性影響較大。

關(guān)鍵詞：異形柱；型鋼混凝土；鋼管混凝土；軸壓比

引言

異形柱結(jié)構(gòu)因其柱楞不凸出、得房率高等優(yōu)點(diǎn)，備受開發(fā)商和消費(fèi)者的青睞。目前，對(duì)普通鋼筋混凝土（RC）異形柱結(jié)構(gòu)的研究已較為廣泛[1-2]，而對(duì)型鋼混凝土（SRC）異形柱結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土（CFST）異形柱結(jié)構(gòu)的研究較多集中在構(gòu)件層面。本文對(duì)三種不同形式的異形柱框架的抗震性能進(jìn)行推覆分析，研究三種框架在不同軸壓比作用下抗震性能特點(diǎn)，為異形柱結(jié)構(gòu)體系的理論分析提供參考。

1 模型設(shè)計(jì)

本文框架模型選用兩跨三層的異形柱中框架，其邊柱為T形柱，中柱為十字形柱?？蚣艿讓訉痈邽?.6m，二、三兩層層高均為1.2m，縮尺比例為1：2.5。三種形式框架柱截面尺寸相同，肢高為300mm，肢厚為100mm，梁截面均采用鋼筋混凝土梁，梁寬取100mm，與異形柱肢厚相等，梁高取280mm。三種框架主要區(qū)別在于柱截面配鋼（筋）形式不同，具體幾何尺寸以及截面配鋼（筋）形式如圖1所示（單位：mm）。

在材料選擇上，混凝土采用C35混凝土；鋼筋為HRB335鋼筋，柱中縱筋直徑8mm，箍筋直徑6mm，在柱端300mm范圍內(nèi)以及節(jié)點(diǎn)核心區(qū)進(jìn)行加密，加密區(qū)間距40mm，非加密區(qū)間距80mm；框架梁主筋直徑12mm，箍筋直徑6mm，在梁端400mm范圍內(nèi)進(jìn)行加密，加密區(qū)間距40mm，非加密區(qū)間距80mm；型鋼選用Q235鋼板焊接而成。

2 有限元模型的建立

選用OpenSees有限元分析軟件進(jìn)行分析，建模時(shí)采用纖維單元定義構(gòu)件截面，根據(jù)不同材料劃分為不同纖維。在單元選取上采用基于位移的梁柱單元（Displacement-Based Beam-Column）來模擬梁、柱構(gòu)件。為了保證模擬結(jié)果的精確性，將所有梁柱構(gòu)件均離散為5個(gè)單元，每個(gè)單元積分點(diǎn)數(shù)為5。

材料上，混凝土采用Concrete02 Material，本構(gòu)關(guān)系為Scott等人修正后的Kent- Park本構(gòu)模型，該模型能夠較好反映箍筋對(duì)核心區(qū)混凝土的約束作用，因此在截面上就不需要再建立箍筋纖維。鋼筋和型鋼均采用Steel02 Material，本構(gòu)關(guān)系為Filippou等人修正后的Menegotto-Pinto本構(gòu)模型，該模型考慮了鋼材硬化的影響。

3 推覆分析

本文側(cè)向加載模式為抗震規(guī)范中規(guī)定的倒三角模式。由于異形柱框架中柱設(shè)計(jì)軸壓比是邊柱的兩倍，邊柱的軸壓比參數(shù)N取1、0.1、0.2和0.3進(jìn)行分析。三種異形柱框架結(jié)構(gòu)在不同軸壓比下的推覆分析計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

由上述計(jì)算結(jié)果可知，軸壓比對(duì)三種異形柱框架的彈性剛度影響均較小，隨著軸壓比的增大，對(duì)框架承載能力和延性的影響也逐漸增大。對(duì)于RC異形柱框架來說，邊柱軸壓比從0到0.1，框架承載能力有了適當(dāng)提高，但當(dāng)軸壓比大于0.1之后，對(duì)承載能力影響很小，但延性有所降低。對(duì)于SRC異形柱框架和CFST異形柱框架，軸壓比的變化對(duì)二者影響效果相類似，隨著軸壓比的增大，結(jié)構(gòu)的承載能力逐漸降低，位移延性也隨之降低。因此在對(duì)SRC異形柱框架和CFST異形柱框架進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要著重考慮軸壓比的影響。

4 結(jié)束語

本文以三種不同形式的異形柱框架為研究對(duì)象，在柱截面尺寸、軸壓比和梁截面均一致的前提下，在不同軸壓比下對(duì)三者進(jìn)行推覆分析，得到以下結(jié)論：

（1）軸壓比對(duì)三種不同形式異形柱框架彈性剛度影響較小。

（2）邊柱軸壓比較小范圍內(nèi)變大時(shí)，RC異形柱框架承載力有所提高，軸壓比超過0.1時(shí)，對(duì)承載力影響較小，但延性會(huì)隨軸壓比的增大而減小。

（3）SRC異形柱框架和CFST異形柱框架，隨著軸壓比的增大，結(jié)構(gòu)的承載能力逐漸降低，位移延性也隨之降低。

參考文獻(xiàn)

[1]肖建莊，黃玨，張建榮，等.高性能混凝土異形柱邊框架抗震性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2002，23（6）：19-25.

[2]王鐵成，林海，康谷貽，等.鋼筋混凝土異形柱框架試驗(yàn)及靜力彈塑性分析[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，39（12）：1457-1464.

作者簡(jiǎn)介：鞏牧華（1990-），女，漢族，江蘇宿遷，碩士研究生，鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)、工程抗震。

蔡新江（1981-），男，漢族，江蘇蘇州，博士研究生，蘇州科技大學(xué)，研究方向：建筑結(jié)構(gòu)、工程抗震。