考虑轴向应变不均匀性的RC柱轴压性能研究.doc

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1、考虑轴向应变不均匀性的RC柱轴压性能研究许鹏红1,3，刘亚4，刘阳1,2，黄群贤1,2（1.华侨大学土木工程学院，福建厦门，361021；2.福建省结构工程与防灾重点实验室，福建厦门，3610213.中国建筑上海设计研究院有限公司厦门分公司，福建厦门，361021；4.中国联合工程公司厦门分公司，福建厦门，361021）摘要：为评价变形不均匀性对RC柱轴向变形性能的影响，采用MATLAB编制计算程序对RC柱在单调轴压工况下的荷载变形关系进行计算分析。通过与已有试验结果和有限元方法的对比，验证程序的合理性，并在此基础上进行参数分析。研究成果可为RC结构的设

2、计提供参考。关键词：钢筋混凝土柱；轴向应变不均匀；轴压性能；约束混凝土；体积配箍率；中图分类号：文献标码：A0引言目前，国内外关于钢筋混凝土(ReinforcedConcrete，简称RC)柱的轴压性能已经做了一系列的试验研究。1984年，Mander等[1]，对RC柱的轴压性能进行了大量的试验研究，试验参数包括圆形截面、方形截面和矩形截面的RC柱，得到了相应的应力-应变关系曲线。在此基础上，Mander等[2]又提出了不同截面和配箍形式的RC柱相应的约束混凝土本构模型。1993年，Cusson和Paultre[3]进行了50个足尺高强混凝土的RC柱的轴

3、压试验研究，研究了不同混凝土强度、纵筋配筋率以及箍筋间距对其性能的影响。我国学者杨勇新等[4]对7个配置HRBF500级钢筋混凝土柱进行了轴压试验，研究不同混凝土强度、配筋率和长细比对试件破坏形态、承载力的影响。刘阳等[5,6]完成了2个RC柱和4个CSRC柱的轴压性能试验，研究不同配钢率和配箍特征值对试件轴压承载力和变形能力的影响。史庆轩等[7]进行了31根高强螺旋箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验，研究不同箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式及截面尺寸对轴压性能的影响。图1轴压RC柱轴向应变及截面受力示意图Fig.1Axialstrainandcro

4、sssectionofRCcolumnsunderaxialconpression(a)配筋图(b)实际轴向应变分布及简化εi+1εn+1εnεn-1s1s2iii+1i+1sisi+1sn-1sn传统方法简化应变分布情况最不利截面εi+1εi+2εisi+1si本文方法简化应变分布情况(c)箍筋有效约束区域ε2εiεi+2ε1i-i截面(i+1)-(i+1)截面混凝土有效约束区域收稿日期：修订日期：基金项目：国家自然科学基金项目(51208219)，福建省科技重大项目(2013Y4006)，福建省科技重点项目(2012Y0051)，泉州市科技计划项目(

5、2012Z93)作者介绍：许鹏红(1989-)，硕士，工程师，主要从事建筑结构设计方向工作。通讯作者：刘阳(1982-)，博士，副教授，主要从事工程结构抗震减灾方向研究.E-mail:lyliuyang@hqu.edu.cn13067050959关于RC柱轴压变形的计算，传统方法均假设其轴向压应变是均匀分布的(如图1(b)虚线所示)，并取试件最不利截面进行分析得到试件的轴向变形。而实际上，由于箍筋约束的影响(如图1(c))，不同截面处的轴向应变分布是不同的(如图1(b)所示)，传统方法计算会高估试件的轴向变形。为评估传统方法对RC柱轴向变形计算的误差，为

6、RC结构的性能抗震设计提供参考，作者考虑了RC柱轴向应变的不均匀性，编制MATLAB程序，在试验和有限元验证的基础上，进行了参数分析。1编程编制开始输入构件模型信息赋予各截面初始应变εi=ε，εi+1=εi=i+1求i-i截面及(i+1)-(i+1)截面内力Ni=Ncoi+Ncci+NsiNi+1=Ncoi+1+Ncci+1+Nsi+1

7、Ni-Ni+1

8、/Ni<5%Ni-Ni+1<0计算第i段轴向变形di=si×(εi+εi+1)/2赋值N=Nii≥N输出N；d=Σdi；εi结束是否是否是否图2计算流程图Fig.2Calculationflowchart

9、εi+1=εi+1+Dεεi+1=εi+1-Dε将钢筋混凝土柱构件沿轴向划分为N段，共(N+1)个截面，分别为箍筋所在截面、箍筋中部截面以及上下底面，截面编号如图1所示。由图1可见，在相同轴力下，箍筋所在截面i-i由于箍筋约束的影响较强，轴向应变较小，两道箍筋之间的截面(i+1)-(i+1)受到的箍筋约束效应较弱，轴向应变较大。各截面的轴向应变连续变化，试件轴向变形即为应变沿轴向的积分。为编程需要和计算方便，做如下假设：(1)试件受均匀轴向压力，且各材料间变形协调，无相对滑移；(2)不考虑试件端部约束的影响；(3)相邻截面轴向应变线性变化，如图1(b)所

10、示；(4)纵筋和箍筋采用理想弹塑性本构；(5)混凝土划分为约束区和无约束区，如图