基于OpenSees的格构式型钢混凝土柱非线性有限元分析

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缀板式型钢混凝土柱是格构式(空腹式)型钢混凝土柱的一种,一般认为,其抗震性能不及实腹式型钢混凝土柱,而仅与普通钢筋混凝土柱的抗震性能相当或略好。所以,目前对于格构式型钢混凝土方形柱的研究较少。然而,格构式型钢混凝土柱能有效的解决实腹式型钢混凝土节点区施工困难的问题,并且,相对于普通钢筋混凝土柱而言,可以较大程度的提高柱的承载力。因此,对于格构式型钢混凝土柱的研究仍是很有必要的。本文以四川成都珠江国际城A4栋格构式型钢混凝土柱的试验研究为基础,采用OpenSees对格构式型钢混凝土柱进行了非线性有限元分析。  本文通过将缀板等效为箍筋来考虑钢骨架对其内混凝土的约束作用,选用修正后的Kent-Park和Saatcioglu约束混凝土本构模型以及Gruffre-Menegotto-Pinto钢筋本构模型,结合纤维模型和非线性梁柱单元对试验柱进行了模拟对比分析。对比结果表明模拟与试验较为吻合,表明本文采用的约束混凝土及钢筋本构关系可作为分析研究格构式型钢混凝土柱抗震性能的参考模型。  在试验柱模拟对比取得较好效果的基础上,本文对影响格构式型钢混凝土柱抗震性能的主要因素进行了参数分析,分析结果表明:格构式型钢混凝土柱的位移延性随着体积配箍率、型钢配钢率、纵筋配筋率的增大而增大,随着混凝土强度、型钢强度、纵筋强度、缀板间距、轴压比的增大而减小;格构式型钢混凝土柱水平承载力随着混凝土强度、型钢强度、纵筋强度、型钢配钢率、纵筋配筋率的增大而增大,随着体积配箍率和缀板间距的增大而基本保持不变。  在完成参数分析的基础上,运用MATLAB进行了多元非线性回归分析,得到了基于体积配箍率、型钢配钢率、型钢强度和轴压比的格构式型钢混凝土压弯柱的位移延性计算公式。计算值和选用试验值之比的平均值为1.01,标准差为0.27,变异系数为0.27。该公式关系明确,形式简单,结果较为可靠,可作为设计和研究参考。
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