钢筋混凝土柱非线性变形分解试验及模拟

论文摘要

在近年来世界各地的几次大地震中,钢筋混凝土柱结构有相当一部分柱发生破坏,其位置大多处于柱端。钢筋混凝土柱是建筑结构中十分重要的构件,它既要承担竖向荷载又要抵抗水平荷载。柱的破坏容易使结构发生整体破坏。因此,对于地震作用下钢筋混凝土柱的非线性变形能力的研究有着十分重要的意义。本文主要研究工作及所取得的结论:①本文对四根钢筋混凝土柱(其中两根柱剪跨比为3,另外两根柱剪跨比为2.1)进行低周反复加载试验,考察了轴压比、剪跨比等因素对试件非线性变形能力的影响,同时量测了在不同轴压比、剪跨比下试件塑性铰区弯曲变形、剪切变形以及纵筋粘结滑移三部分变形。根据试验结果得到了四个试件顶点力与顶点位移的滞回关系、顶点力与塑性铰区弯曲转角的关系、顶点力与滑移引起的固端转角的关系以及顶点力与剪切角的关系。②本文量测了试件塑性铰区弯曲变形、剪切变形以及纵筋粘结滑移,经过分析得到了三部分变形的比例组成以及对柱顶侧移的贡献比例。其中弯曲变形对柱顶侧移的贡献最大,基本处在50%以上,纵筋粘结滑移对柱顶侧移的贡献次之,处在20%～40%之间,剪切变形对柱顶侧移的贡献最小,对于剪跨比为3的试件而言,剪切变形所占的比例是在10%左右,对于剪跨比为2.1的试件而言,轴压比为0.1时,剪切变形所占的比例在10%～30%之间;轴压比为0.3时,剪切变形所占的比例处于10%以内。③根据高文生给出的滑移材料本构定参方法,本文确定了四根钢筋混凝土柱的滑移本构参数的取值,进而在OpenSees中对所完成的四根钢筋混凝土进行了模拟(考虑纵筋粘结滑移的影响),通过模拟结果与试验结果的对比分析,本文发现试件承载力模拟值与试验值误差多数集中在10%左右,能比较好的反映试件的承载力水平。对于模拟出塑性铰区弯曲转角与试验值对比误差多数处于30%以内,滑移引起的固端转角与试验值对比误差多数处于30%以上。④为了考虑剪切效应的影响,本文在OpenSees中探索性地对两根小剪跨比柱(λ= 2.1)实现了考虑剪切效应的模拟。与不考虑剪切效应相比,考虑剪切效应的试件承载力有所下降,轴压比为0.1的试件承载力与试验结果的对比误差在10%以内,而轴压比为0.3的试件承载力与试验结果对比误差在15%左右。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 国内外试验研究现状
• 1.2 考虑纵筋粘结滑移影响的结构分析方法
• 1.3 本文研究的目的
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 试验方案
• 2.1 试验构件的设计
• 2.2 材料性能
• 2.2.1 混凝土
• 2.2.2 钢筋
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 试验装置
• 2.3.2 试验加载程序
• 2.3.3 构件的失效判别依据
• 2.3.4 构件的测试内容及方法
• 3 试验现象及试验结果
• 3.1 总说明
• 3.2 试件SC-1 试验现象与试验结果
• 3.2.1 试件的特点
• 3.2.2 试验过程和现象描述
• 3.2.3 滞回特征
• 3.2.4 试件变形特征分析
• 3.2.5 试件纵筋应变分布
• 3.3 试件SC-2 的试验现象与试验结果
• 3.3.1 试件的特点
• 3.3.2 试验过程与现象描述
• 3.3.3 滞回特征
• 3.3.4 试件变形特征
• 3.3.5 试件纵筋应变分布
• 3.4 试件SC-3 试验现象与试验结果
• 3.4.1 试件的特点
• 3.4.2 试验过程与现象描述
• 3.4.3 滞回特征
• 3.4.4 试件变形特征
• 3.4.5 试件纵筋应变分布
• 3.5 试件SC-4 试验现象与试验结果
• 3.5.1 试件的特点
• 3.5.2 试验过程与现象描述
• 3.5.3 滞回特征
• 3.5.4 试件变形特征
• 3.5.5 试件纵筋应变分布
• 3.6 三种变形占柱总侧移的比例
• 3.6.1 试件SC-1 三种变形组成及比例
• 3.6.2 试件SC-2 三种变形组成及比例
• 3.6.3 试件SC-3 三种变形组成及比例
• 3.6.4 试件SC-4 三种变形组成及比例
• 4 结构非线性分析程序 OpenSees 介绍
• 4.1 程序概述
• 4.2 本文模拟分析所涉及的OpenSees 模块介绍
• 4.2.1 纤维模型中考虑纵筋粘结滑移模型化方法
• 4.2.2 有限元模型的建立
• 4.2.3 进行非线性分析
• 5 考虑柱底纵筋粘结滑移的模拟
• 5.1 试验资料
• 5.2 材料模型参数
• 5.3 模拟结果与试验结果对比
• 5.3.1 试件SC-1 的模拟对比分析
• 5.3.2 试件SC-2 的模拟对比分析
• 5.3.3 试件SC-3 的模拟对比分析
• 5.3.4 试件SC-4 的模拟对比分析
• 5.4 本章小结
• 6 同时考虑剪切效应和柱底纵筋滑移的模拟
• 6.1 纤维模型中考虑剪切效应的简化模型化方法
• 6.2 框架柱剪切恢复力特征参数研究
• 6.2.1 周小真公式
• 6.2.2 Hirosawa（广泽）公式
• 6.2.3 GB50010-2002公式
• 6.2.4 公式的校核与修正
• 6.3 模拟分析对比
• 6.3.1 试件 SC-3 的模拟对比
• 6.3.2 试件 SC-4 的模拟对比
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 本文的研究工作和主要结论
• 7.2 建议与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录