新型五螺箍型钢混凝土柱轴压承载力与抗震性能分析

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五螺箍型钢混凝土柱(简称五螺箍SRC柱)是指将普通箍筋换成五组圆形螺旋箍筋,其中四个小螺旋箍筋位于矩形混凝土柱四个角,大螺旋箍筋位于矩形柱截面中心,包围在型钢外侧共同约束核心区混凝土的一种新型配箍结构。型钢由混凝土包裹在中心能够分担一部分轴压,五组圆形螺旋箍筋约束整个截面混凝土抑制裂缝开展,在同等用材下力学性能更优。本文主要通过进行轴压和滞回的数值模拟对五螺箍SRC柱研究,并根据应力分布修正五螺箍SRC柱轴压承载力计算公式,主要研究内容如下:(1)为了更加准确的模拟出螺箍和型钢对混凝土不同的约束效应,将混凝土分为型钢约束、圆形螺箍约束、无约束三个区域,分析了不同区域混凝土的受力特性,提出了圆形螺箍约束区域和型钢约束区域的混凝土应力-应变关系模型,并以对应的混凝土应力-应变关系建立五螺箍SRC柱有限元分析模型。(2)在ABAQUS有限元软件里对五螺箍SRC柱模型进行轴压分析,与已有的试验结果进行对比,两者轴压承载力误差在6%之内,荷载-位移曲线相近,破坏特征相似,采用分区混凝土本构建立的分析模型模拟真实可靠,可以较为准确的模拟出柱的受力性能。利用已验证的模型建立了三个对比组,分别以螺箍间距、截面配钢率和大小螺箍钢筋截面面积比进行参数分析,分析得出改变型钢截面尺寸对承载力的影响最大,改变箍筋间距对延性系数的影响最大。(3)参考有限元应力云图分布情况,在Mander模型的基础上对型钢约束区、圆形螺箍约束区的混凝土轴压承载力运算方法进行修正,再进行强度叠加后,推导出五螺箍SRC柱轴压承载力计算公式,经过与试验数据对比,计算值误差稳定在10%以内,计算方法简单,计算结果可靠。(4)利用ABAQUS有限元软件对一系列五螺箍SRC柱,以及基于等钢量下的五环箍SRC柱、矩形螺箍SRC柱、矩形环箍SRC柱进行滞回性能研究,对比各构件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线和地震耗能,对五螺箍SRC柱的抗震性能进行评估。结果表明:本文所研究的五螺箍SRC柱的皆表现出良好的抗震性能,增加钢筋的用量包括纵筋和箍筋或者选用高强度混凝土都能有效增强五螺箍SRC柱的滞回性能。在采用相同箍筋用钢量的情况下,五螺箍SRC柱的峰值荷载是矩形螺箍SRC柱的1.14倍,延性系数是矩形螺箍SRC柱的1.87倍,地震耗能是矩形螺箍SRC柱的3.08倍,五螺箍SRC柱的抗震性能最佳。研究证明五螺箍SRC柱各方面的受力性能表现良好,具有较好的变形能力,是工程设计中更优的配箍方案。
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