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历次震害表明,框架柱塑性铰区的剪切破坏现象非常严重,目前国内外对反复荷载作用下混凝土柱塑性铰区抗剪机理的研究分析还比较少,对其剪切性能认识还不够透彻,我国现行规范也未考虑构件延性对抗剪承载力的影响。因此,研究反复荷载作用下混凝土框架柱抗剪机理十分必要。
本文分析了混凝土柱的破坏方式和影响其抗剪承载力的相关因素,通过研究混凝土柱的抗剪机理,首次运用桁架拱模型,推导混凝土柱塑性铰区域的抗剪计算公式,并结合试验数据运用ANSYS模型进行了柱塑形铰区域的全过程受力分析,提出了反复荷载作用下混凝土柱塑性铰区抗剪承载力建议实用公式。
本文主要成果有:
(1)通过对混凝土框架柱塑性铰区的抗剪机理和抗剪性能影响因素的分析,首次提出了适用于钢筋混凝土框架柱抗剪分析的桁架拱模型,在考虑塑性铰区混凝土强度软化和反复荷载作用影响的基础上,导出了可用于混凝土框架柱塑性铰区延性设计的抗剪计算公式。
(2)利用ANSYS软件对6个混凝土框架柱试件进行了非线性有限元分析,得到了混凝土柱各个受力阶段的应力云图、裂缝图、荷载计算值以及各节点的位移值。通过对比ANSYS分析的计算结果与试验结果,表明了二者数值结果是比较吻合的,反映了有限元建模的正确性。
(3)通过将理论公式计算值分别与试验值和ANSYS计算结果进行对比,并根据我国规范的使用习惯,提出了混凝土框架柱塑性铰区抗剪承载力设计的建议实用计算公式,不仅考虑了构件延性的影响,而且形式上更简单。
本文的研究成果具有一定的理论参考价值,也可为我国规范修订提供依据。