低周反复荷载下型钢再生混凝土长柱非线性数值模拟分析_薛建阳
反复荷载作用下矩形钢管混凝土树状节点的非线性分析_刘红军
第29卷第1期2009年2月 地 震 工 程 与 工 程 振 动J OURNAL OF EARTHQUAK E ENG I N EER I NG AND ENG I NEER I NG V I BRAT ION V o.l 29N o .1 Feb .2009 收稿日期:2008-06-26; 修订日期:2008-10-22基金项目:国家重大基础研究前期研究专项(2003CCA01500)作者简介:刘红军(1981-),男,博士研究生,主要从事钢混凝土组合结构的研究.E-m ai:l l h j 20040308@126.co m文章编号:1000-1301(2009)01-0109-08反复荷载作用下矩形钢管混凝土树状节点的非线性分析刘红军,李正良,甘正立(重庆大学土木工程学院,重庆400045)摘 要:本文在确定了往复应力作用下钢管混凝土的钢材和核心混凝土的应力-应变关系的基础上,利用纤维杆元模型,有限元模型对钢管混凝土Y 形柱和十字形钢梁连接的节点的荷载-位移滞回关系曲线及其骨架曲线进行了计算,并与试验结果进行了比较。
结果表明:由纤维杆元模型与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线极为相似,但在峰值荷载后差异较大;由纤维杆元模型和有限元所得的在低周反复荷载作用下滞回曲线也与在反复荷载作用下试验所得的结果相一致。
纤维杆元模型能准确地预测节点的弹塑性行为和整体抗震性能,可用于节点滞回性能的非线性参数分析研究。
在此基础上研究了方钢管混凝土柱的轴压比,宽厚比及核心混凝土强度对节点受力性能的影响。
关键词:树状节点;Y 形斜柱;十字形钢梁;纤维杆元模型;非线性分析;滞回性能;参数分析中图分类号:P315.962 文献标志码:ANonli n ear analysis of dendrifor m connections to concrete filled square steelrectangular tubes under lo w -cycle reversed loadi n gLI U H ongjun ,LI Zhengliang ,GAN Zhengli(College ofC i vil Engi n eeri ng ,Chongqi ng U n i vers it y ,Ch ongq i ng 400045,Ch i na)Abst ract :In this paper ,the load -displace m ent and skeleton curve of dendrifor m connections to the concrete filled square steel rectangu l a r tubes under l o w-cyc le reversed load i n g w as calculated by fiber line ele m entm ode l,wh ich is based on the relati o n o f the stress -strain of steel and concrete and is co m pared w ith the FE and experi m en.t It is de m onstrated that the m ono ton ic load -d i s place m ent curves fro m the fiber line e le m ent m odels agree w ell w ith t h e fra m e w ork curves of the cyc lic behavior fro m the lo w -cycle reversed load i n g tests ,but there is a great d ifference a-f ter the l o ad -peak va l u e .The monotonic load -disp lace m ent curves fro m the fiber line ele m en tm ode ls agree w ellw ith t h e fra m e w ork curves of the cyclic behav ior fro m FE mode ls .The fi b er line e le m entm ode ls can accurate l y predict t h e overa ll se is m ic behav i o r and the i n elastic perfor m ance ,and can be used to conduct the nonli n ear para m eter analysi s of t h e co mposite connecti o ns .Para m etric ana l y ses w ere conducted at the connections w ith ex teri o r d i a -phrag m s to i n vesti g ate the i n fl u ences of co m pressi o n ratio ,w idth to th ickness ratio and streng th of the concrete i n t h e square steel tube .K ey words :dendrifor m connections ;bif u rcate co lu m n ;crisscr oss g irder ;fiber li n e e le m ent m odels ;nonli n ear analysi s ;hysteresis behavior ;para m etric analysis引言随着钢管混凝土组合结构在民用住宅和多高层建筑结构中的推广应用[1],不同钢管混凝土柱与钢梁连接节点的抗震性能越来越受到人们的关注。
方钢管再生混凝土柱恢复力模型试验与分析_张向冈
第３６卷第５期２０１６年１０月防灾减灾工程学报Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．３６Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１６ＤＯＩ：１０．１３４０９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｄｐｍｅ．２０１６．０５．００９方钢管再生混凝土柱恢复力模型试验与分析＊张向冈１，２，陈宗平２，薛建阳２，苏益声２（１．河南理工大学土木工程学院，河南焦作４５４０００；２．广西大学土木建筑工程学院，广西南宁５３０００４）摘要：为研究低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土柱的恢复力模型，以再生粗骨料取代率和轴压比为变化参数，设计并制作了６个试件，进行拟静力试验。
观察试件的破坏形态，实测试件的滞回曲线，综合采用定点指向、位移幅值承载力突降、模型软化点等特殊处理方法，建立以相对屈服点、相对峰值点和相对破坏点为特征点并结合滞回曲线和卸载刚度的三折线荷载—位移恢复力模型。
结果表明：试件破坏形态与普通钢管混凝土柱相似，方钢管底部鼓曲破坏，再生混凝土底部被压碎。
试件的滞回曲线比较饱满，且稳定性良好。
建立的低周反复荷载作用下方钢管再生混凝土构件的三折线恢复力模型与实测滞回曲线吻合较好，建议用于该类新型组合结构的弹塑性地震反应分析。
关键词：方钢管再生混凝土柱；恢复力模型；拟静力试验；定点指向；位移幅值承载力突降；模型软化点中图分类号：ＴＵ３９８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－２１３２（２０１６）０５－０７４４－０７Ｔｅｓｔ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｒｅｓｔｏｒｉｎｇ Ｆｏｒｃｅ Ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｒｅｃｙｃｌｅｄ ＡｇｇｒｅｇａｔｅＣｏｎｃｒｅｔｅ Ｆｉｌｌｅｄ Ｓｑｕａｒｅ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅ ＣｏｌｕｍｎＺＨＡＮＧ Ｘｉａｎｇｇａｎｇ１，２，ＣＨＥＮ Ｚｏｎｇｐｉｎｇ２，ＸＵＥ Ｊｉａｎｙａｎｇ２，ＳＵ Ｙｉｓｈｅｎｇ２（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ ４５４０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ ５３０００４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｒｅｓｔｏｒｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｑｕａｒｅ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅｃｏｌｕｍｎ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｃｙｃｌｅ ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｌｏａｄｉｎｇ．Ｔｈｅ ｇｕａｓｉ－ｓｔａｔｉｃ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｓｉｘ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄ ｓｑｕａｒｅ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｃｏｌｕｍｎ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏｓ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｃｏａｒｓｅ ａｇ－ｇｒｅｇａｔｅ ａｎｄ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｉｏｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｑｕａｓｉ－ｓｔａｔｉｃ ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅ ｗａｓ ｏｂ－ｓｅｒｖｅｄ，ｔｈｅ ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｃｕｒｖｅｓ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｓｐｅｃｉａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｆｉｘｅｄ ｐｏｉｎｔ，ｄｒｏｐｐｅｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｍｏｄｅｌ ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｐｏｉｎｔ，ｌｏａｄ ｖｅｒｓｕｓ ｄｉｓ－ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒｅｓｔｏｒｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｌｉｎｅ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｃｕｒｖｅｓ，ｕｎｌｏａ－ｄｉｎｇ ｒｉｇｉｄｉｔｙ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐｏｉｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｙｉｅｌｄ ｐｏｉｎｔ，ｒｅｌａｔｉｖｅ ｐｅａｋ ｐｏｉｎｔ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅｆａｉｌｕｒｅ ｐｏｉｎｔ．Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｒｅ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｏｎｅｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄｓｑｕａｒｅ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｃｏｌｕｍｎｓ，ｔｈｅ ｓｑｕａｒｅ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｉｓ ｂｕｃｋｌｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅ－ｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ｃｒｕｓｈｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ；Ｔｈｅ ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｃｕｒｖｅｓ ａｒｅ ｐｌｕｍｐ ａｎｄ ｓｔａｂｌｅ；Ｔｈｅ ｅｓｔａｂ－ｌｉｓｈｅｄ ｒｅｓｔｏｒｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｒｅｅ－ｌｉｎｅ ｆｏｒ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｑｕａｒｅ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｃｙｃｌｅ ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｌｏａｄｉｎｇ ａｇｒｅｅｓ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃ ｃｕｒｖｅｓ．Ｓｏ ｉｔｉｓ ｔｈａｔ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｓｕｃｈ ｍｏｄｅｌ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ－ｐｌａｓｔｉｃ ｓｅｉｓｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｏｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｃｙｃｌｅｄ ａｇｇｒｅｇａｔｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｑｕａｒｅ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｃｏｌｕｍｎ；ｒｅｓｔｏｒｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｍｏｄｅｌ；ｑｕａｓｉ－ｓｔａｔｉｃ ｔｅｓｔ；ｆｉｘｅｄ ｐｏｉｎｔ；ｄｒｏｐｐｅｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ；ｍｏｄｅｌ ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｐｏｉｎｔ＊收稿日期：２０１５－０３－２４；修回日期：２０１５－０９－０７基金项目：河南省科技攻关项目（２０１７）、２０１６年安全生产重大事故防治关键技术科技项目（ｈｅｎａｎ－０００６－２０１６ＡＱ）、河南省高等学校重点科研项目（１５Ａ５６０００８）、焦作市科技计划项目（２０１５）资助作者简介：张向冈（１９８６－），男，讲师，博士。
钢管再生混凝土柱力学性能研究进展
钢管再生混凝土柱力学性能研究进展当前，我国城镇化进程加快，既有建筑的更替和新建结构的增长，导致大量的建筑材料耗费。
为实现可持续发展，再生混凝土技术应用而生，废弃混凝土的回收利用减少了建筑固废排放量和天然资源消耗，为资源环境循环利用提供了新思路，成为目前学者们的研究热点[1]。
由于再生骨料自身的缺陷，使得再生混凝土的力学和耐久性能不同程度的降低，限制了再生混凝土在工程中的应用[2]。
将再生混凝土引入到钢管混凝土中，使构件同时具备了钢管和再生混凝土2 种材料的特性，既保留了钢管混凝土高承载力和抗震能力，又能有效利用建筑废弃物、节能环保，具有良好的推广应用前景[3]。
钢管再生混凝土的研究起步较晚，钢管再生混凝土柱力学性能的研究尚处于理论层面，实际工程应用还相对较少[4−6]。
钢管再生混凝土的研究主要集中在柱的力学性能和抗震方面。
试验研究多以再生骨料取代率、再生混凝土强度、钢管形状、钢管组合构造形式、柱型类别、长细比、含钢率和荷载比等作为参变量，对其破坏形态、力学性能和变形能力等进行分析。
本文将针对性的归纳总结钢管再生混凝土柱的力学性能、改变外部环境下的工作性能和抗震性能。
在试验示范的跟踪过程中，云天化产品示范田的冬枣长势旺盛，中期表现出挂果多，果实品相好，树体健壮；采收期冬枣色泽好，果形均匀，畸形果少，口感佳。
示范田亩增产82.4kg，亩增收10075.2元，给农户带来的一定的经济效益。
通过试验示范，云天化“滴灌二铵”和“大量元素水溶肥”系列肥料得到了种植户的认可。
1 再生混凝土物理及力学性能用废弃混凝土破碎加工而成的再生集料，由粒径大小分为再生粗骨料(5～31.5 mm)和再生细骨料(0.5～5 mm)，由于旧砂浆、表面裂纹和杂质的存在，使得再生混凝土弹性模量小于普通混凝土，而干缩和徐变变形大于普通混凝土[7]。
且再生骨料随机性和变异性较大，致使其具有孔隙率大、吸水率高、密度小、压碎指标值高等缺陷，老砂浆和界面过渡区是再生混凝土的主要薄弱环节[8]。
低周反复荷载下型钢再生混凝土框架中节点抗震性能试验研究_薛建阳
第47卷第10期2014年10月土木工程学报CHINA CIVIL ENGINEEＲING JOUＲNALVol．47Oct．No．102014基金项目：国家自然科学基金（51178384），陕西省留学人员科技活动择优资助项目（陕外专发［2010］26号），住房和城乡建设部科学技术项目（2012-K2-12），陕西省教育厅科研计划项目（12JK0902）和教育部创新团队发展计划（IＲT13089）作者简介：薛建阳，博士，教授收稿日期：2013-08-30低周反复荷载下型钢再生混凝土框架中节点抗震性能试验研究薛建阳鲍雨泽任瑞王刚（西安建筑科技大学，陕西西安710055）摘要：为研究型钢再生混凝土框架中节点的破坏特征和抗震性能，进行4榀粗骨料取代率分别为0%、30%、70%、100%的1ʒ2．5模型试件的低周反复加载试验，观察其破坏形态和受力特点，对框架中节点的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、承载能力、强度退化、刚度退化、层间位移角、延性以及耗能能力等力学性能进行分析研究。
结果表明：型钢再生混凝土框架中节点的典型破坏形态是节点核心区剪切斜压破坏；荷载-位移滞回曲线饱满，位移延性系数介于3．95 4．88；弹塑性极限位移角约为1/19 1/26；破坏时节点的等效黏滞阻尼系数介于0．322 0．335；随着再生粗骨料取代率的增加，型钢再生混凝土框架中节点的抗剪承载力和耗能能力有所降低，延性减小。
但是相对于普通型钢混凝土框架中节点而言抗震性能降低不大。
关键词：型钢混凝土结构；再生混凝土；框架中节点；低周反复加载试验；抗震性能中图分类号：TU398+．9TU317+．1文献标识码：A 文章编号：1000-131X （2014）10-0001-08Experimental study on seismic performance of steel reinforced recycled concreteinner-frame joints under low-cyclic reversed loadingXue JianyangBao YuzeＲen ＲuiWang Gang（Xi ’an University of Architecture and Technology ，Xi ’an 710055，China ）Abstract ：In order to study the failure patterns and seismic performance of steel reinforced recycled concrete （SＲＲC ）inner-frame joints ，low-cyclic reversed loading tests were carried out on four 1ʒ2．5specimens with different coarse aggregate replacement rates．The failure patterns and loading characteristics were observed．The mechanical behaviors ，such as the load-displacement hysteretic curves ，skeleton curves ，load carrying capacity ，degradation of strength and stiffness ，inter-story drift ，ductility and energy dissipation of the inner joints were analyzed．The results show that the main failure patterns of the inner-frame joints are shearing diagonal compression in joint zone．The hysteretic loops of the inner-frame joints are plump and the displacement ductility coefficient is between 3．95and 4．88．The ultimate elastic-plastic drift ratio is about 1/19 1/26，and the equivalent viscous damping coefficient is between 0．322and 0．335when the joints fail．The shear capacity ，energy dissipation capacity and ductility of the steel recycled aggregate concrete inner-frame joint decrease with the increase in the replacement rate of the recycled coarse aggregates．However ，the seismic performances do not degrade obviously compared to the ordinary steel reinforced concrete inner-frame joints．Keywords ：steel reinforced concrete structure ；recycled concrete ；inner-frame joint ；low-cyclic reversed loading test ；seismic performanceE-mail ：jianyang_xue@163．com引言废弃的混凝土是建筑业中排出的最主要废弃物，这些大量的建筑垃圾加剧了自然环境的恶化，为实现可持续发展，解决和处理这些建筑垃圾迫在眉睫，因此混凝土的再生利用显得尤为重要。
水平低周反复荷载作用下钢管混凝土框架柱的非线性有限元分析
ＬＩ Ｘｉｏ ｄ ｎ Ｎ ａ － ｏ ｇ
（ ｐ ｒｍｅ ｔ ｆＡｒｈｔｃｕ ｅＥｎ ｉｅ ｒｎ Ｄｅ ａ ｔ ｎ ｃ ｉｅ ｔｒ ｇｎ ｅｉｇ，Ｐ ｔ ｎ Ｃ ｌ ｇ ，Ｐｕｉｎ ３ １ ０ ｏ ｕ ｉ ｏｌ ｅ ａ ｅ ｔ ５ １ ０，Ｆｕｉｎ，Ｃｈｎ ） ａ ｊ ａ ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａｎ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒｆ ｉ ｌ ｍｅ ｔ（ ｓｒ ｃ ： ｏ ｌ ａ ｉ ｔ ｅｅ ｎ ＦＥ）ａ ａ ｙ ｉ ｔ ｏ ｆ ｅ ｔ ｎ ｕ ａ ｏ ｃ ｅ ｅ ｆ ｌ ｄ ｓ ｅ ｌ ｕ ｕ ａ ｎ ｎ ｅ ｎ ｌ ｓｓ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｃ ａ ｇ ｌｒｃ ｎ ｒ ｔ －ｉ ｅ ｔ ｅ ｂ ｌ ｒ ｒ ｌ ｔ
第ｚ ６卷第 １ 期
２１ ０ ０年 ２月
阿 方学院学 （然 学 ） 自 科 版
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＨｅ ｅ Ｎｏ ｔ ｉ ｓｔ （ ｔ ｒ ｌＳｃｅ ｃ ｉｉｎ） ｏ ｒ ａ ｂ ｉ ｒｈ Ｕｎｖ ｒ ｉｙ Ｎａ ｕ ａ ｉｎ ｅ Ｅｄ ｔｏ ｏ ｅ
Ｖ ｏ１２６ Ｎ Ｏ ． ．１
Ｆ ｂ ２ １ ｅ． Ｏ ０
水平低 周 反 复荷 载作 用 下 钢 管 混凝 土 框架 柱 的非 线性 有 限元 分析
林 晓 东
（ 田学 院 土 建 系 ，福 建 莆 田 ３ １ Ｏ ） 莆 ５ ｌＯ
摘 要 ：介 绍 了矩 形 钢 管混 凝 土 柱 的三 维 非 线 性 有 限 元 分 析 方 法 ，建立 了钢 管混 凝 土框 架 柱 的 三维 非 线 性 有 限元 模 型 ，利 用 此 模 型 对 在低 周 反 复荷 载 作 用 下 不 同 轴 压 比的 钢 管 混 凝 土 框 架 柱 进 行 有 限元 分 析 ，通 过 与在 低 周 反 复荷 载 作 用 下 的 钢 管 混凝 土框 架 柱 的实 测 滞 回 曲线 、骨 架 曲 线 及 位 移 延 性 进 行 对 比 ，表 明该 模 型 的计 算 结 果 较 为精 确 ，可 以应 用 于 钢 管 混凝 土 的整 体 框 架 结 构 分 析 中 ，为 进 一 步 开 展 钢 管 混 凝 土 柱 的 研究 提供 基础 ． 关 键 词 ：非 线 性 分 析 ；有 限元 方 法 ；低 周 反 复 荷 载 ；钢 管 混 凝 土 框架 柱
型钢混凝土异形柱的基本力学行为及轴压比限值的研究
不符。
整理课件
荷载
基于叠加法计算SRC异形柱的轴压比限值 ➢ 日本规范及我国规程采用了叠加法计算SRC矩
形柱的轴压比限值。 ➢ 由于异形柱截面不对称，需要简化。
整理课件
基于叠加法计算的技术处理
➢ 把不对称的异形柱简化成矩形柱。与加载方 向一致柱肢的矩形柱。
➢ 对十形柱，45度加载时，轴压比限值最小。 ➢ 由于截面及配钢不对称，按界限破坏的方法
计算SRC异形柱的轴压比有可能出现负值 （也就是根本不可能发生界限破坏）
整理课件
试验检验界限破坏理论的计算结果
➢ 部分试件（T2、T9、L3）试验实加轴压比 明显大于理论计算结果时，延性仍大于3。
➢ 采用界限破坏的计算方法计算SRC异形柱的 轴压比限值存在缺陷。
型钢混凝土异形柱的基本力 学行为及轴压比限值的研究
西安建筑科技大学 薛建阳
整理课件
1 型钢混凝土异形柱的研究意义
✓ 异形柱结构柱肢宽度与隔墙等厚,具有避 免室内柱楞凸出、美观适用、得房率高 等优点，倍受欢迎。在中国异形柱结构 得到了大量的应用.
✓ 异形柱在具有以上优点的同时，也存在 着其截面特性带来的先天不足。
代入边界条件得： u(z) 12yz2
v(z) 12xz2
整理课件
✓ 由于 x 0， y ，0 必定有 、 u(z) z0 0 v(z) z0 ，0 显 然与命题只发生 x 轴方向位移的假定矛盾，命 题不成立。
✓ 因此，楼盖发生轴x方向的刚体平移时，柱当 且仅当发生绕 y轴方向的弯曲变形，即：
➢ 把型钢对称化，并且以含钢量最小的一侧对 称。
整理课件
_43钢管约束再生混凝土柱的非均匀轴向受力建模与仿真
新型装配式钢结构体系、 钢管约束的再生混凝 土柱(简称：钢管再生混凝土柱)组件及其复杂受力 系统的研究成为绿色低碳制造可持续发展的最重
配 3 个模块，一个数字化模型和数据管理(PDM) 模块， 该体系成为指导虚拟制造、 建模与仿真的重 要理论。
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， 重点讨论了钢管 RAC 柱的轴向承载力及变
文献[7]用试验与仿真方法对静态与动态 形等[9-13]。 的钢管再生和标准的混凝土柱进行了受力分析。 文 献[14-17]对 RAC、混凝土预埋钢管施工、拱坝浇 筑、内爆条件下混凝土损伤力学特性进行了研究。 文 献 [18] 利 用 ANSYS 软 件 的 用 户 可 编 程 特 性 (UPFs)，作了二次开发，建立了混凝土受力模型， 实现了早期混凝土徐变应力的有限元分析与仿真 求解， 弥补了该软件不能进行早期徐变应力分析的 不足之点。 钢管 RAC 柱组件(以下简称组件)的轴向受力 在实际应用中通常是非线性和随机不确定的， 尤其 是在振动和长期受压情况下， 整体结构发生变形使 得均匀受力变成了非均匀受力[3]。例如，地震对混 凝土结构的影响使得建筑和桥梁中的柱受力而发 生倾斜或微量变形。另外，重载汽车通过桥梁，桥 墩瞬间受压是一种非线性和非均匀受压， 因长期不 均匀的受力使得梁或柱发生变形而损伤。同时， 钢 管在制造中产生了变形， 这种几何形状的缺陷对钢 管 RAC 柱的极限承载力有一定程度的不利影响[3]。 这些随机未知外力及其非均匀性对组件所产生的 不利影响成为安全的重要隐患， 其受力分析是钢管 RAC 柱的可靠性和应用的重要内容。受到现有实 验手段和设备的制约，常用试验方法难以实现,人 们较少讨论该类受力情况。 目前钢管 RAC 柱组件的相关研究主要集中在 均匀轴向压力、偏心轴向压力的受力分析与试验，
低周反复荷载作用下钢筋混凝土异形柱受力性能试验研究
建筑结构
2008 年 11 月
低周反复荷载作用下钢筋混凝土异形柱受力性能试验研究
黄承逵1, 曲福来1, 张毅斌2
( 1 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室, 大连 116023; 2 辽宁省建筑设计研究院, 沈阳 110005)
[ 摘要] 通 过对 13 根钢筋混凝土异形柱的低周反复 加载试验, 分析了不同肢长、轴压比、配箍率及纵筋不 同配置形 式等因素对异形柱承载力及抗震性能的影响。结果分析表明, 试件的承载力随着轴压比的增大而提高, 但延 性降低 明显; 异形柱腹板的增大提高了试件的承载力 , 但变形能力及延性 有所降低; 增大配 箍率及端 部加强纵筋 对试件的 延性有一定的改善。 [ 关键词] 低周反复荷载; 异形柱; 不同肢长; 轴压比; 配箍率
Experimental study on behavior of special- shaped RC columns under low cyclic load Huang Chengkui1 , Qu Fulai1 , Zhang Yibin2
( 1 State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116023, China; 2 Institute of Architecture Design of Liaoning Province, Shenyang 110005, China)
注: 试件编号 中 L、T 分别代表试件 截面形状为 L 形、T 形; 试件
HT13 端部加强配筋; 试件翼缘宽度 bf 均为 300mm。
作者简介: 黄承逵, 教授, Email: huangck@ dlut. edu. cn。
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40Industrial Construction Vol.43，No.9，2013工业建筑2013年第43卷第9期低周反复荷载下型钢再生混凝土长柱非线性数值模拟分析*薛建阳张杰马辉任瑞王成（西安建筑科技大学土木工程学院，西安710055）摘要：型钢再生混凝土结构可以将建筑垃圾重新利用，并提高构件的强度和耗能能力。
采用开源的地震工程模拟系统OpenSees 对7个型钢再生混凝土长柱试件进行全过程非线性数值模拟，分析了在不同再生混凝土取代率、轴压比和体积配箍率下型钢再生混凝土长柱的承载力、延性和耗能能力。
在建模过程中，采用纤维模型对型钢再生混凝土柱截面进行细致划分，并对不同截面赋予相应的材料属性，同时结合非线性梁柱单元来完成型钢再生混凝土柱的数值模拟。
与试验的对比分析表明，OpenSees 能够有效地模拟型钢再生混凝土长柱的受力和变形全过程。
关键词：型钢再生混凝土；纤维模型；低周反复加载；非线性分析；数值模拟DOI ：10.7617/j．issn．1000－8993.2013.09.008NON-LINEAＲNUMEＲICAL SIMULATION ANALYSIS OF STEELＲECYCLED AGGＲEGATE CONCＲETE COLUMN UNDEＲLOW-CYCLIC ＲEVEＲSED LOADINGXue JianyangZhang JieMa HuiＲen ＲuiWang Cheng（College of Civil Engineering ，Xi ’an University of Architecture and Technology ，Xi ’an 710055，China ）Abstract ：Construction waste can be re-used for a steel reinforced recycled aggregate concrete structure ，whose strength and energy dissipation capacity can be improved．In this paper ，nonlinear numerical simulation on seven steel reinforced recycled aggregate concrete （SＲＲC ）columns using open-source earthquake engineering simulation system OpenSees was carried out．The load-bearing capacity ，ductility and energy dissipation capacity under different recycled aggregate replacement rate ，axial compression ratio and volumetric stirrup ratio of the columns were analyzed．In the modeling process ，the column section was fine-divided and different fibers were defined to simulate the appropriate material properties．And then ，an model of SＲＲC column was established based on the nonlinear beam-column element．The comparative analysis of the simulation results and the experimental results indicated that the OpenSees can be used to simulate the loading process of steel reinforced recycled aggregate concrete columns．Keywords ：steel reinforced recycled aggregate concrete ；fiber model ；low cyclic reversed loading ；nonlinear analysis ；numerical simulation*国家自然科学基金项目（51178384）；住房和城乡建设部科学技术项目（2012－K2－12）；陕西省留学人员科技活动择优项目（陕外专发［2010］26号）；陕西省教育厅科研计划项目（12JK0902）。
第一作者：薛建阳，男，1970年出生，博士，教授。
电子信箱：jianyang_xue@163．com 收稿日期：2013－01－30近年来，混凝土作为现今应用最多的人造建筑材料对自然资源的占用以及对自然环境造成的负面影响已成为人们关注的焦点。
再生混凝土技术的研究与应用，一方面可以解决大量废弃混凝土处理困难以及由此造成的生态环境日益恶化等问题，另一方面，用建筑废物混凝土制成的再生骨料替代天然骨料，可以减少天然骨料的消耗，达到节能环保的效果［1－3］。
但再生混凝土结构本身存在缺陷，使得结构的延性和抗震性能相对较差。
而型钢再生混凝土（SＲＲC ）结构作为一种新型结构，既可提高再生混凝土结构的抗震性能，同时可以将建筑垃圾进行再利用。
为了深入研究型钢再生混凝土构件的受力及变形性能，本文采用开源的模拟计算平台OpenSees ［4］对试验中的7个再生混凝土长柱进行了全过程非线性弹塑性模拟［5－7］。
1试验简介试验在西安建筑科技大学结构与抗震教育部重点实验室进行，制作和试验了7个构件，试件情况和加载制度分别见文献［8－9］。
2有限元模拟过程2.1单元类型的选择OpenSees程序提供了丰富的有限单元模型，本文采用非线性梁柱单元模型作为模型单元。
非线性梁柱单元属于采用插值函数的有限单元模型，能够较细致地反映构件层次的地震响应，且兼顾非弹性地震反应的分析精度和求解的简单性。
该非线性梁柱单元允许沿杆长刚度发生变化，单元长度上可设置多个积分控制截面，在分别确定了控制截面各自的截面抗力和截面刚度矩阵后，可按照一定的数值积分方法沿杆长积分计算出整个单元的抗力和刚度矩阵的大小。
2.2材料本构模型的确定有限元模拟计算结果在很大程度上取决于所采用材料本构模型的精确程度。
OpenSees程序提供了单轴受力和多轴受力两大类，鉴于本文构件主要限于平面问题非线性分析，此处选取目前研究较为成熟的单轴受力状态下混凝土和钢筋材料的本构模型。
模拟中需要考虑的材料本构模型有以下3种：再生混凝土、纵筋和型钢。
建模之前，需对各种材料选用适宜的单轴受力本构模型。
2.2.1再生混凝土本构模型再生混凝土材料与普通混凝土材料相比，二者在应力应变曲线的整体变化趋势上基本一致，由于再生混凝土中再生粗骨料的影响，使得二者在峰值应力、峰值应变、极限应变的大小和曲线下降段的斜率上有一定的差别。
本文在综合考虑了肖建庄［10］等人提出的再生混凝土应力－应变关系以及GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的情况下，选取了目前应用较为成熟、简单的混凝土本构材料Concrete01。
OpenSees软件中提供了多种混凝土本构模型，本文采用Kent-Scott-Park模型［11］来模拟混凝土材料，其应力－应变关系如图1所示。
型钢再生混凝土柱中，由于箍筋的存在使得混凝土的性能发生了改变，可以提高混凝土的强度和延性［12－13］，因此为了较为准确地模拟型钢再生混凝土柱在反复荷载作用下的滞回性能，根据混凝土约束状态的不同，把型钢再生混凝土柱的混凝土截面划分为两个区域：1）箍筋外表面到混凝土界面区域的无约束混凝土；2）箍筋内的约束混凝土。
1—受约束混凝土；2—未受约束混凝土图1混凝土应力－应变关系Fig．1Stress-strain relation of concrete无约束混凝土和约束混凝土的应力－应变关系具体表示如下。
AB段（εc≤kε0）：σc=kf'c［（2εc/ε0）－（εc/ε0）2］（1a）BC段（kε＜εc≤0.8/Z m+kε0）：σc=kf'c［1－Z m（εc－ε0）］≥0.2kf'c（1b）CD段：σc=0.2kf'c（1c）其中k=1+ρsvfyv/f'cZm=0.53+0.29f'c145f'c－1000+0.75ρsvhcsh－0.002槡k 式中：k为由于约束箍筋的存在，使混凝土强度增大的系数；ε为峰值应变值，与再生骨料取代率有关，可参照文献［10］取值；Zm为应变软化段斜率；f'c为混凝土圆柱体抗压强度，近似取f'c=0.67fcu，k；fcu，k为再生混凝土立方体抗压强度（实测）值；ρsv为柱的体积配箍率；hc为约束箍筋外缘所包围的混凝土宽度；sh为箍筋的间距；fyv为箍筋屈服强度。
Scott等将核心混凝土的极限压应变相对保守地取为首根约束箍筋断裂时的混凝土应变，将保护层混凝土脱落时的应变取为0.004，约束混凝土的极限压应变则按下式确定：εu=0.004+0.9ρsvfyv()300（2）考虑再生骨料取代率的影响，对按式（2）计算出的混凝土极限压应变进行调整，具体方法参见文献［10］。
2.2.2型钢和纵筋的本构关系型钢和纵筋均采用Giuffr-Menegotto-Pinto［14］本构关系（Steel02Material），见图2，其骨架曲线为双折线，并可反映钢材的Bauschinger效应，本构模型表示如下：低周反复荷载下型钢再生混凝土长柱非线性数值模拟分析———薛建阳，等4142工业建筑2013年第43卷第9期σeq =b εeq +1()－b εeq1+εeq()Ｒ1/Ｒ（3）其中σeq =σs －σr σ0－σr ，εeq =εs －εrε0－εr，Ｒ=Ｒ0－a 1ξa 2+ξ式中：σ0、ε0分别为包络线屈服点处型钢和钢筋的应力、应变；σr 、εr 分别为包络线反向加载点处型钢和钢筋的应力、应变；b 为钢材的硬化刚度E 1与原点切线模量E 0的比值；Ｒ为考虑钢材Baushinger 效应的常数。
Ｒ、a 1和a 2均为材料常数；ξ为上一侧移循环塑性应变的绝对值。
图2钢材应力－应变关系Fig．2Stress-strain curves forsteela —SＲＲC －11；b —SＲＲC －12；c —SＲＲC －13；d —SＲＲC －14；e —SＲＲC －15；f —SＲＲC －16；g —SＲＲC －17———试验值；……模拟值图3SＲＲC －11—SＲＲC －17试件模拟与试验滞回曲线Fig．3Hysteretic curves comparison between the simulation and test of 7specimens2.3计算参数设置本文中构件截面采用纤维模型［15－16］划分，为了取得较高的精度，对截面混凝土、型钢和纵筋分别进行截面划分，并赋予其相应的材料属性。