柱中侧向力作用下钢筋混凝土柱弯矩增大系数研究

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钢筋混凝土细长柱受到轴向力和侧向力共同作用时,会产生严重的挠度变形,挠曲二阶效应更加明显。目前关于柱中侧向力作用下钢筋混凝土柱的二阶效应研究较少,我国混凝土结构设计规范也没有相应的条文说明,本文以主次混合结构中的主结构柱为原型,探究其受到次结构侧向力时的挠曲二阶效应。本文通过试验和有限元数值模拟对柱中侧向力作用下钢筋混凝土柱进行挠曲二阶效应研究,并推导出弯矩增大系数的建议公式,利用有限元数值模拟的结果对公式进行验证,验证表明两者符合程度较好。本文的主要内容和结论如下:(1)对5个钢筋混凝土偏压柱进行侧向力加载试验,发现有侧向力作用时,试件的挠度变形发展更迅速,试件更快的进入弹塑性阶段。侧向力主要通过影响挠度变形来使得二阶效应更明显。当侧向力为往复加载时,柱的受力规律与侧向力单调加载时相同,但刚度折减会更严重且峰值侧向荷载下降10%左右。(2)使用ABAQUS软件进行有限元参数分析,再次验证了侧向力作用时钢筋混凝土柱的二阶效应更严重,同时发现我国规范关于弯矩增大系数的计算并不适用于侧向力作用的情况。钢筋混凝土柱受到侧向力作用时,侧向力、轴向力、偏心距、长细比都会对弯矩增大系数产生较大的影响,混凝土强度等级和配筋率对弯矩增大系数的影响较小。钢筋混凝土柱在三分点受到两个侧向力作用时的挠曲二阶效应规律与一个侧向力作用时基本相同。一个侧向力作用下,钢筋混凝土柱峰值荷载时的挠曲线和曲率都接近正弦曲线,两个侧向力作用下,钢筋混凝土柱峰值荷载时的挠曲线不接近正弦曲线,柱子的曲率接近梯形,其最大值出现在三分点处。钢筋混凝土柱受到侧向力作用后,峰值荷载对应的刚度折减系数在0.2-0.4之间。(3)假设钢筋混凝土柱的挠曲线为正弦曲线后,推导出一个侧向力作用下的弯矩增大系数建议公式。假设钢筋混凝土柱的曲率为梯形后,推导出两个侧向力作用下的弯矩增大系数建议公式。经过验证,两个公式与有限元数值模拟结果的吻合较好。
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