l形实体式钢管混凝土组合柱抗震性能研究

l形实体式钢管混凝土组合柱抗震性能研究

0新型l形钢管混凝土组合异形柱在管道混凝土的圈子里注入混凝土，然后它们共同承受的张力形状是支柱的形状。相比于单纯的钢混混凝土柱，组合钢管混凝土柱是将单个钢管混凝土柱通过连接件连接起来，在满足实际工程需求的前提下保证美观、工厂化生产、承载力性能和装配化的一种结构构件近年来，我国的钢管混凝土组合异形柱发展迅速，陈志华等为了应对实际工程的不同需求，文中提出了一种新型的采用双连接板连接的实体式L形钢管混凝土组合异形柱，使用Abaqus模拟此种柱的拟静力试验来研究它的抗震性能，试件的设计主要通过改变钢管连接件的尺寸、施以不同的竖向恒荷载、改变钢管尺寸、采用不同的钢材和混凝土材料来进行。1柱的模型设计为了进行此次有限元分析研究，共设计了14个试件，为了与实际试验相对应，模型试件也是缩尺试件，缩尺比例为2/3，柱高均为2240mm,3根端柱两两之间由两块连接板通长连接，连接板外壁与钢管外壁对齐，试件柱体的截面形式如图1所示，同时为了保证柱头柱脚处的刚度，在这两个位置加设靴板，为了模拟试验加载装置的连接，在柱头设置作动器连接板，最终模型如图2所示。试件的编号和参数见图3、表1。2模型属性2.1材料属性和网格划分钢管、端板、靴板等钢构件的材料采用双折线模型2.2机和曲线模拟为了模拟实际构件中各部分的连接方式，钢管与靴板等钢组件之间连接时采用绑定约束来模拟焊接关系。为了防止混凝土穿透钢材导致模拟结果不准确，混凝土与钢材在法线方向采用硬接触，混凝土与钢材在切线方向采用库伦摩擦模型，摩擦系数取0.6。2.3和点rp-3如图5所示，对上、下端板以及用来模拟实际试验中作动器的连接件都分别耦合在点RP-1和点RP-3上，上、下端板耦合点均在各个试件的截面形心处。通过限制下端板耦合点的所有位移从而起到固端约束效果；而上端板耦合点则施加竖向的恒定轴力，恒定竖向轴力的大小则根据各个试件的截面进行计算；水平荷载施加在作动器连接件耦合点RP-2上，对准截面形心。2.4加载方案参照规程3结果与分析3.1试验结果验证图8是试验和模拟结果对比图，可见，相比于试验，模拟值在刚度和强度衰退上有些差异，但整体上模拟结果和试验结果吻合较好，证明建模较准确，模拟方法具有可靠性。3.2返回曲线和骨架曲线滞回曲线只取下降到水平极限荷载的85%之前的数据，然后整理得到了对应的骨架曲线。3.2.1轴压比的影响图9是轴压比对比组的数据整理结果，各试件的轴压比n、峰值荷载P和对应的位移Δ见表2。可见轴压比更大的Z3-ZY0.6比Z1-ZY0.4更快的到达水平峰值荷载并进入衰减阶段。轴压比由0.4到0.5的过程中，正向峰值荷载下降了4.5%，反向峰值荷载下降了3.3%，轴压比由0.5到0.6的过程中，正、反向峰值荷载各下降了2.8%和3.1%，所以随着轴压比的增大，峰值荷载在逐渐变小。Z1-ZY0.4破坏前即水平荷载下降到峰值荷载85%之前对应的位移为72mm，而在同样的加载方案下的Z2-ZY0.5、Z3-ZY0.6在破坏前的位移只能达到64mm，即高轴压比加速了试件到达峰值荷载后的强度衰减，可见，轴压比对试件的延性影响很大。3.2.2连接板宽度的影响图10是连接板宽度对比组的数据整理结果，表3是各试件的轴压比n、峰值荷载P和对应的位移Δ。显然，水平荷载峰值和连接板宽度呈正相关，相比于Z1-ZY0.4,Z4-LJBK150在正、反向峰值荷载上分别增加了30.9%、28.8%；相比于Z4-LJBK150,Z5-LJBK200在正、反向峰值荷载上分别增加了27.5%、20.8%，而且随着钢板宽度的增加，试件的刚度亦显著增加。但是连接板更宽的试件在水平极限荷载后的承载力衰减更快，延性下降。3.2.3连接板厚度的影响图11是连接板厚度对比组的数据整理结果，各试件的轴压比n、峰值荷载P和对应的位移Δ如表4。连接板厚度由4mm增加到6mm，正、反向峰值荷载分别增加了5.8%和4.5%，连接板厚度由6mm增加到8mm，正、反向峰值荷载分别增加了5.7%和5.1%，所以板厚度与峰值荷载呈正相关，但是强度衰减有所加快，试件Z6-LJBH6和Z7-LJBH8破坏之前对应的位移只到64mm，即随着连接板厚的增加试件的延性有所下降。3.2.4为“表12”的表1钢管尺寸对比组的数据整理结果，各试件的轴压比n、峰值荷载P和对应的位移Δ如表5和图12所示。峰值荷载与钢管尺寸呈正相关，钢管管径由100mm增加到150mm，正、反向峰值荷载分别增加了91.4%和95.3%，钢管尺寸的增加对峰值荷载和刚度的加强非常明显，但同时变形能力也下降明显。3.2.5表6和图6钢管厚度对比组的数据整理结果，各试件的轴压比n、峰值荷载P和对应的位移Δ如表6和图13所示。显然，钢管厚度与峰值荷载呈正相关，钢管厚度由4～6mm，正、反向峰值荷载分别增加了28.2%和32.0%，钢管厚度由6mm增加到8mm，正、反向峰值荷载分别增加了23.8%和23.7%，同时刚度也有所增加。3.2.6正、反向沉积荷载图14钢材对比组的滞数据整理结果，各试件的轴压比n、峰值荷载P和对应的位移Δ如表7。相比于Z1-ZY0.4,Z11-Q345在正、反向上峰值荷载分别增加了15.2%和17.5%，相比于Z11-Q345,Z12-Q420在正、反向上峰值荷载分别增加了18.5%和17.9%，可见，随着钢材强度的增大，峰值荷载也在变大，。随着钢材强度的增大，试件的延性也有所改善。3.2.7混凝土的影响图15是混凝土对比组的数据整理结果，各试件的轴压比n、峰值荷载P和对应的位移Δ如表8。可见，随着混凝土强度的增加，峰值荷载有小幅变化，混凝土由C30增加到C40，正、反向峰值荷载分别增加了0.64%和1.7%，混凝土由C40增加到C50，正向峰值荷载下降了0.32%，反向峰值荷载增加1.0%，显然，混凝土对构件的峰值荷载以及其他性能影响不大。4各参数对组合柱抗震性能的影响文中对此种L形双连接板实体式方钢管混凝土组合柱进行了有限元模拟，以连接板宽度、连接板厚度、钢管管径、管厚、混凝土强度、钢材强度以及轴压比为研究参数，通过对14个低周反复加载有限元模拟试验，整理了滞回曲线和骨架曲线，并以此分析了各参数对组合柱抗震性能的影响，得出了以下结论：(1）轴压比对试件的水平峰值荷载有一定的影响，随着轴压力增大试件的峰值荷载小幅降低，但轴压力主要影响试件的变形能力，所以轴压比与试件的延性呈负相关。(2）连接板宽度、钢管的管径和钢管的厚度对试件的水平峰值荷载和试件的刚度影响很大，而且两者呈正相关，但一定程度上与延性呈负相关。连接板厚度的影响与连接板宽度类似，但相比之下连