【摘 要】
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钢筋混凝土柱作为框架结构主要的竖向承重构件之一,在地震的往复作用下柱端塑性铰区容易形成损伤,塑性铰区箍筋间距内的柱纵筋一般在受力后期会发生严重屈曲变形,而纵筋屈曲会导致塑性应变集中,加剧纵筋低周疲劳损伤,以及加速纵筋断裂,降低柱的承载能力,进而影响框架结构的抗震性能。目前,国内对600MPa级钢筋屈曲性能的研究尚未完善,尤其是对配置600MPa级钢筋混凝土柱纵筋屈曲的研究相对匮乏。因此,本文研究了
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钢筋混凝土柱作为框架结构主要的竖向承重构件之一,在地震的往复作用下柱端塑性铰区容易形成损伤,塑性铰区箍筋间距内的柱纵筋一般在受力后期会发生严重屈曲变形,而纵筋屈曲会导致塑性应变集中,加剧纵筋低周疲劳损伤,以及加速纵筋断裂,降低柱的承载能力,进而影响框架结构的抗震性能。目前,国内对600MPa级钢筋屈曲性能的研究尚未完善,尤其是对配置600MPa级钢筋混凝土柱纵筋屈曲的研究相对匮乏。因此,本文研究了600MPa级柱纵筋屈曲对RC框架结构抗震性能的影响,主要研究内容和结论如下:(1)对比集中塑性铰单元和分布塑性单元对有限元模拟结果的影响,选择合适的单元及材料本构模型,建立了可合理考虑600MPa级柱纵筋屈曲和疲劳损伤的混凝土柱有限元模型。(2)通过对比柱纵筋的平均应力-平均应变计算结果与单根钢筋屈曲受力性能的试验结果,建议了600MPa级柱纵筋材料本构模型(考虑屈曲和低周疲劳)的屈曲和疲劳参数取值。结果表明,长径比小于10时,屈曲参数r基本不随长径比变化,疲劳参数Cd随长径比增大而减小。(3)基于有限元计算结果,对三种可考虑600MPa级钢筋屈曲影响的低周疲劳寿命模型进行了校核。结果表明,由于未考虑保护层和核心区混凝土对柱纵筋屈曲的影响,这三种模型均无法完全准确地判断600MPa级柱纵筋屈曲后的断裂失效。(4)基于柱纵筋的考虑屈曲的累积疲劳损伤指数fD的计算结果和断裂应变的概念,提出了通过断裂应变相对差值?判断600MPa级柱纵筋断裂失效的方法。(5)将累积疲劳损伤指数fD的计算结果与基于断裂应变的计算结果相结合,建议了600MPa级柱纵筋断裂风险的评价方法;基于600MPa级柱纵筋屈曲段横向位移的测量结果,提出了根据屈曲纵筋的受压平均应变划分配置600MPa级钢筋混凝土柱的损伤状态的方法。(6)分别设计了7度0.1g和8度0.3g两个空间框架结构典型算例,采用本文建议的600MPa级钢筋混凝土柱的有限元建模方法和定参方法,对其进行了强震非线性反应分析。结果表明,在罕遇地震作用下,7度0.1g和8度0.3g框架柱纵筋均无断裂风险,且仅少数柱处于轻微损伤状态;在极罕遇地震作用下,7度0.1g框架的评价与罕遇地震作用下相似,但8度0.3g框架底层柱纵筋有较高的断裂风险,且底层柱一般处于严重损伤状态。
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