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框架柱具备足够的承载力和延性是保证建筑物在遭受地震作用时不致倒塌的关键。因此,研究框架柱在往复荷载作用下的受力性能对于结构抗震有重要意义。然而单纯的试验会耗费大量的人力、物力等资源,采用数值模拟的方法可以较全面地揭示框架结构的受力性能,为试验和工程应用提供充分的依据。本文基于有限元OpenSEES主要进行了以下几个方面的工作:
(1)基于OpenSEES对RC柱的抗震试验进行非线性分析,并与试验结果进行对比分析:采用Concrete02和Steel02以及Saatcioglu箍筋约束混凝土本构关系,建立钢筋混凝土柱纤维模型能较好地模拟RC柱的滞回性能,其计算结果与试验结果具有较高的吻合度;在采用OpenSEES进行数值模拟时要考虑P-Δ效应对加载后期刚度退化的影响,并且计算中积分点数量宜取为3。
(2)基于OpenSEES对钢纤维超高强混凝土短柱和PVA纤维超高强混凝土短柱进行数值模拟,与试验结果对比后可知:数值模拟计算得到的恢复力曲线、位移延性系数、等效粘滞阻尼系数的误差值均在较小的范围内,表明OpenSEES能够进行纤维混凝土构件抗震试验的非线性分析;钢纤维、PVA纤维的掺入能够改善普通柱的延性,使其位移延性系数、极限位移角满足一定的抗震要求,并且随着纤维含量的增加,其塑性变形和耗能能力也相应提高。
(3)基于OpenSEES对UHTCC增强框架柱进行数值模拟,研究其滞回特性、延性和耗能的性能,发现UHTCC增强框架柱的延性性能和耗能能力明显增大,可使剪切脆性破坏变成延性较好的塑性破坏形态。在此基础上,将模拟值与理论计算值进行对比分析,验证OpenSEES模拟UHTCC材料抗震性能的合理性,并且进一步探讨了含箍特征值、配筋率、轴压比等因素对UHTCC增强框架柱抗震性能的影响,提出UHTCC柱的轴压比限值可为0.8;在塑性铰区域采用UHTCC材料能够减少约束箍筋和抗剪箍筋的用量。
(1)基于OpenSEES对RC柱的抗震试验进行非线性分析,并与试验结果进行对比分析:采用Concrete02和Steel02以及Saatcioglu箍筋约束混凝土本构关系,建立钢筋混凝土柱纤维模型能较好地模拟RC柱的滞回性能,其计算结果与试验结果具有较高的吻合度;在采用OpenSEES进行数值模拟时要考虑P-Δ效应对加载后期刚度退化的影响,并且计算中积分点数量宜取为3。
(2)基于OpenSEES对钢纤维超高强混凝土短柱和PVA纤维超高强混凝土短柱进行数值模拟,与试验结果对比后可知:数值模拟计算得到的恢复力曲线、位移延性系数、等效粘滞阻尼系数的误差值均在较小的范围内,表明OpenSEES能够进行纤维混凝土构件抗震试验的非线性分析;钢纤维、PVA纤维的掺入能够改善普通柱的延性,使其位移延性系数、极限位移角满足一定的抗震要求,并且随着纤维含量的增加,其塑性变形和耗能能力也相应提高。
(3)基于OpenSEES对UHTCC增强框架柱进行数值模拟,研究其滞回特性、延性和耗能的性能,发现UHTCC增强框架柱的延性性能和耗能能力明显增大,可使剪切脆性破坏变成延性较好的塑性破坏形态。在此基础上,将模拟值与理论计算值进行对比分析,验证OpenSEES模拟UHTCC材料抗震性能的合理性,并且进一步探讨了含箍特征值、配筋率、轴压比等因素对UHTCC增强框架柱抗震性能的影响,提出UHTCC柱的轴压比限值可为0.8;在塑性铰区域采用UHTCC材料能够减少约束箍筋和抗剪箍筋的用量。