水平双向加载下钢筋混凝土柱抗震性能研究

摘要

国内外多次震害调查及振动台试验表明，水平双向（以下简称双向）侧移是钢筋混凝土(以下简称RC)框架结构最常见的地震反应模式。典型的余震监测及振动台试验记录到的结构位移显示，实际（或模拟实际）地震动下RC结构的层间侧移轨迹包括近似椭圆、近似斜直线及不规则形状的多种情况，结构在地震中出现双向的位移反应具有普遍性，且位移路径具有随机性。双向地震作用下RC框架柱在2个水平方向上的受力性能存在耦合作用，一个方向的损伤会显著降低另一个方向的抗震能力，两个方向共同受力，结构抗震能力会出现明显下降。然而目前RC结构构件的抗震性能研究及抗震设计中双向受力的影响尚未得到充分考虑。
　　对此本文开展了9个RC悬臂柱的水平双向拟静力试验及60个RC悬臂柱的有限元模拟分析研究，重点考察了不同加载路径、轴压比、体积配箍率及纵筋配筋率对RC柱的受力机理以及承载力和极限位移等指标变化规律的影响。
　　论文主要完成了以下工作:
　　1)按照截面尺寸450mm×450mm，层高4.2m，缩尺比为1∶1.5设计制作了9根剪跨比为3.8的RC悬臂柱。进行了双向拟静力试验，重点考察加载方式、轴压比、体积配箍率、配筋率对柱受力性能的影响，得到了柱的力-位移滞回曲线、骨架曲线、强度退化曲线、刚度退化曲线和等效粘滞阻尼系数曲线，对双向加载下柱的受力特点、承载力变化、位移延性和极限侧移角等指标进行了分析。
　　2)采用有限元软件OpenSEES对试验柱建模，通过模拟分析结果与试验结果对比，对分析模型及材料本构进行了调试验证。之后开展了60个RC悬臂柱的双向滞回加载数值模拟，重点分析了水平加载路径、柱轴压比、体积配箍率、纵筋配筋率和剪跨比对RC柱抗震性能的影响。
　　3)基于试验和数值模拟结果，分析了不同水平双向加载路径对钢筋混凝土柱抗震性能的影响;提出了水平双向加载下RC框架柱的极限位移评价适用原则，探讨了水平双向拟静力试验中满足该原则的加载路径，并对评价框架柱极限位移的最佳加载路径给出了建议。
　　4)基于上述评价适用原则，将本文试验结果和数值模拟所得极限位移同国内外主要规范标准进行了对比分析，探讨了水平双向受力状态下RC框架结构的防倒塌位移限值。综合试验及分析结果，提出了水平双向地震作用下RC框架柱的抗震设计和分析建议。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1选题背景

1．2已有研究成果

1．2．1国外双向加载试验研究现状

1．2．2国内双向加载试验研究现状

1．2．3国内外研究现状总结

1．3本文研究内容

第二章钢筋混凝土柱水平双向拟静力试验

2．1引言

2．2试件制作

2．1．1试验目的

2．1．2试件设计

2．1．3钢筋应变片布置

2．1．4试件加工

2．1．5材料性能

2．2试验加载及测量

2．2．1加载装置

2．2．2加载制度

2．2．3位移计布置

2．2．4本章小结

第三章试验结果与分析

3．1引言

3．2试验现象及试件破坏形态

3．3荷载—位移滞回曲线和骨架曲线

3．3．1荷载-位移滞回曲线

3．3．2骨架曲线

3．4强度退化及刚度退化

3．4．1强度退化

3．4．2刚度退化

3．5承载力分析

3．5．1承载力试验值与理论值对比分析

3．5．2不同参数下承载力对比分析

3．6延性对比分析

3．7耗能能力

3．7．1等效粘滞阻尼系数对比

3．7．2累计滞回耗能对比

3．8钢筋应变分析

3．8．1纵筋应变分析

3．8．2箍筋应变分析

3．9轴向变形

3．10水平双向受力下框架柱抗震性能的相关讨论

3．11本章小结

第四章基于OpenSEES的钢筋混凝土柱水平双向加载拟静力试验的数值模拟

4．1引言

4．2数值模拟介绍

4．3材料本构模型

4．3．1混凝土本构关系

4．3．2钢筋本构关系

4．4截面单元模型

4．5试验与数值模拟结果对比

4．5．1滞回曲线对比

4．5．2骨架曲线对比

4．6本章小结

第五章基于OpenSEES的水平双向加载下钢筋混凝土柱抗震性能分析

5．1数值模拟参数选取及试件设计

5．1．1加载路径

5．1．2轴压比

5．1．3体积配箍率

5．1．4纵筋配筋率和剪跨比

5．2四种加载路径下滞回曲线对比

5．3承载力和极限位移对比

5．3．1不同加载方式试件对比

5．3．2不同体积配箍率试件对比

5．3．3不同轴压比试件对比

5．3．4不同纵筋配筋率试件对比

5．3．5不同剪跨比试件对比

5．4针对数值模拟结果的相关讨论

5．4．1水平双向加载下极限位移选取适用条件

5．4．2水平双向加载下加载路径的选取建议

5．5基于试验和数值模拟结果对双向受力下柱的极限位移分析

5．5．1试验所得极限位移

5．5．2数值模拟极限位移值

5．6结构设计及分析建议

5．7结论

第六章结论与展望

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢

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