变轴力作用下异形柱的抗震性能研究

摘要

钢筋混凝土柱作为框架结构中重要的竖向承重及抗侧力构件，其抗震性能优劣将直接影响到整个结构的抗震性能好坏。在以往的钢筋混凝土柱试验分析及理论研究中，大多数都是基于定轴力作用下，即假定框架柱在整个受力过程中受到的轴力是恒定不变的。然而，当受到风或地震作用影响时，框架柱中的轴力是持续发生变化的。而国内外已完成的变轴力作用下钢筋混凝土柱的抗震性能试验研究仍相对较少，尤其是缺乏异形柱结构构件在变轴力作用下的受力性能研究。由于多维加载试验设备和加载控制软件等客观条件的制约，考虑轴力变化的多维低周反复加载试验仍较少。因此，采用合理的分析模型对变轴力作用下的柱抗震性能进行数值分析，为进一步完善钢筋混凝土异形柱结构设计提供理论依据将有着十分重要的意义。围绕这个目标，本文主要完成了以下工作：
　　 ①从结构力学角度，对一简单的线弹性平面框架在水平及竖向力共同作用下，框架柱中的轴力变化规律进行了理论推导。然后在此认识基础上，通过对异形柱空间框架结构进行水平地震作用下的非线性分析，采用基于柔度法的梁柱单元纤维模型非线性分析程序，对轴力变化规律进行了研究。
　　 ②采用可同时考虑轴力一双轴弯矩相互耦合作用和刚度退化的纤维模型梁柱单元的非线性分析程序，对110根定轴力和规则变轴力作用下的T形、十字形柱的抗震性能进行了分析。重点讨论了变轴力与定轴力柱在滞回特性、承载力、延性和耗能等方面的差异，以及轴力变化幅度对试件抗震性能的影响。
　　 ③对比异形柱框架结构中三种常见的异形截面柱(L，T,十字形柱)在变轴力作用下的抗震性能影响和它们之间的差异，形成一个系列，从而为进一步完善异形柱结构抗震设计理论提供一些依据。
　　 由此，得出如下主要结论：
　　 ①框架柱中的轴力大小及变化方式和范围不仅取决于水平地震作用的大小，同时也与结构的跨度L和高度H的取值，以及影响或导致梁、柱的线刚度ib、ic变化的诸多因素有关。②对于平面较规则的异形柱框架结构，在不考虑竖向地震作用影响时其柱的变化规律仍然可以近似地看作与弯矩或者侧移成线性关系。因而已有的加载方式用于异形柱变轴力作用下的抗震性能分析研究是可以接受的。③在异形柱框架结构中，作为中柱的十字形柱虽然轴力变化不大，但初始轴力水平较高；而作为角柱的L形柱初始轴力水平较低，但相对来说轴力变化幅度较大；T形柱作为边柱，其初始轴力水平介于前两者之间，但由于地震作用方向的不确定性，同一结构中不同位置的边柱其轴力变化幅度亦存在多种情况。④综合考虑变轴力作用对异形柱的影响，发现作为角柱的L形柱和作为边柱的T形柱受变轴力作用时的影响较为明显且与矩形柱存在一定差异；而作为中柱的十字形柱，其变轴力作用下的受力性能则较接近矩形柱的受力性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究目的和意义

1.2变轴力作用下钢筋混凝土柱的研究现状

1.2.1国外对变轴力作用下钢筋混凝土柱的研究现状

1.2.2国内对变轴力作用下钢筋混凝土柱的研究现状

1.3本文的主要研究工作

2分析程序介绍

2.1引言

2.2基于有限元柔度法的纤维模型梁柱单元

2.2.1单元模型基本假定

2.2.2单元力与变形的定义

2.2.3材料本构模型

2.3基于柔度法的纤维模型梁柱单元分析程序特点

3异形框架柱的轴力变化规律研究

3.1引言

3.2基于结构力学方法的轴力变化规律推导

3.3基于非线性动力反应分析的轴力变化规律研究

3.3.1结构方案概述

3.3.2分析模型的建立与分析前的准备

3.3.3非线性动力反应分析结果

3.3.4单向水平地震作用下异形柱轴力随弯矩和侧移的变化规律

3.4本章小结

4变轴力作用下异形柱的抗震性能研究

4.1引言

4.2分析构件概况

4.2.1构件参数及加载方式

4.2.2水平方向加载方案

4.2.3轴力加载方案

4.2.4材料本构模型中参数的确定

4.3交轴力作用下T形柱抗震性能研究

4.3.1变轴力与定轴力作用下T形柱抗震性能对比

4.3.2轴压比变化幅度对钢筋混凝土T形柱的抗震性能影响

4.3.3小结

4.4变轴力作用下十字形柱抗震性能研究

4.4.1变轴力与定轴力作用下十字形柱抗震性能对比

4.4.2轴压比变化幅度对钢筋混凝土十字形柱的抗震性能影响

4.4.3小结

4.5本章小结

5结语

5.1完成的主要工作

5.2主要结论

5.3后续研究工作展望

致 谢

参考文献

附录