圆钢管混凝土支撑滞回性能分析

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1、大庆石油学院学报第34卷第3期2010年6月JOURNAIOFDAQINGPETROIEUMINSTITU『TEVo1．34No．3Jun．2010圆钢管混凝土支撑滞回性能分析张文福，郝进锋，薛景宏，于洋，李晓丽(东北石油大学土木建筑工程学院，黑龙江大庆163318)摘要：为获得钢管混凝土支撑的抗震性能，对l4根圆钢管混凝土支撑试件开展滞回性能数值仿真，主要参数包括混凝土强度、钢材屈服强度、长细比和含钢率等；通过获得的试件轴力一位移滞回曲线，得到试件的骨架曲线，分析混凝土抗主要参数对荷载一位移骨架曲线的影响；基于滞回曲线，对试件的位移延性、耗能能力和

2、单位体积耗能进行探讨．结果表明：随混凝土强度、钢材屈服强度和长细比的增加，位移延性、耗能能力和单位体积耗能能力逐渐减小；随着含钢率的增加，构件的位移延性、耗能能力减小，单位体积耗能能力逐渐增加．关键词：钢管混凝土；支撑；抗震性能；滞回曲线；耗能比中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：1000一l891(2010)03—0109—06钢管混凝土框一撑体系中的竖向支撑是主要抗侧力构件．在地震区，高层建筑结构在地震作用下将进入弹塑性变形阶段，竖向支撑的非弹性变形阶段的力学特性关系到高层建筑地震反应的峰值、地震内力在构件之间的分配，以及结构楼层水平抗

3、力的计算．将圆形钢管和素混凝土构成的钢管混凝土构件作为支撑，可以充分发挥钢材和混凝土材料的优点，使钢管混凝土支撑具有单一材料所无法拥有的优越性能_1-,5]．目前，人们开展方钢管混凝土框架柱在水平地震作用下抗震性能的试验研究，通过试验及数值模拟分析方钢管混凝土框架柱在水平地震作用下的承载能力、滞回性能、延性与变形能力等力学性能，以及方钢管混凝土柱的抗震性能_6．韩林海等_l为研究钢管混凝土框架抗震性能，进行钢管混凝土柱一钢梁平面框架往复加载时荷载一位移滞回关系的数值仿真，建模中考虑材料和几何非线性，结果表明在钢材强度为35～420MPa、混凝土强度为

4、3O～90MPa时，理论计算结果和试验结果吻合较好．蔡健口开展钢管混凝土柱一梁新型节点反复荷载后的轴压试验，从极限承载力、裂缝形态、试件的荷载一轴向位移曲线等方面进行研究，并与进行轴压试验的试件进行对比，结果表明该新型节点的环梁在反复荷载下虽然产生一定的损伤，但对节点区的轴压极限承载力的影响并不大，环梁仍能发挥对节点核心区的约束和加强作用，使节点区承载力大于钢管混凝土柱的承载力．到目前为止，对变轴力作用下圆钢管混凝土支撑构件的滞回性能研究尚未见报道，为明确这种圆钢管混凝土组合构件的抗震性能与设计方法，笔者对14根圆钢管混凝土支撑构件进行滞回性能的数值

5、分析，为圆钢管混凝土支撑在抗震地区的应用提供参考依据．1支撑构件设计设计14根圆钢管混凝土支撑构件，主要参数包括混凝土强度等级、钢材屈服强度等级、构件的长细比和截面的含钢率，主要参数见表1．2控制参数对荷载一位移骨架曲线的影响2．1滞回曲线采用拟静力试验方法对圆钢管混凝土支撑滞回性能进行数值分析．加载方式为反复施加变轴力，采用纤维模型法编制相应程序，材料的本构关系采用文献[17—20]给出的本构关系模型，通过内力建立平收稿日期：2O1O—O3—10；审稿人：张云峰；编辑：任志平基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目(10541006)；黑龙江省自然

6、科学基金项目(E2008011)作者简介：张文福(1965一)，男，博士，教授，主要从事结构抗震与抗风方面的研究．大庆石油学院学报第34卷2010年表1试件主要参数衡方程，从而求得每一个位移对应的轴力，考虑在变轴力作用下14根圆钢管混凝土轴向力一位移滞回曲线．2．2骨架曲线骨架曲线是荷载一位移曲线中每个滞回环峰点的连接轨迹，与单调加载条件下的㈣曲线彻相猢差。不大伽．㈣渤在任意的时刻，曲线峰值点只能在骨架曲线内或沿骨架曲线行走．2．2．1混凝土强度等级混凝土强度等级为C30、C40、C50和C60的试件的滞回曲线见图1．从滞回曲线上得到的不同混凝土强度

7、等级的钢管混凝土支撑构件受压骨架曲线见图2．由图2可知，随着混凝土强度等级的提高，钢管混凝土组合支撑构件的受压承载力略有增大．等级较高的C60混凝土构件比等级较低的C30混凝土构件的受压承载力提高19．69／6．随着混凝土强度等级的提高，钢管混凝土组合支撑构件的下降段刚度有所降低，800600400200至0＼R200—400—600—800一l00015一lO一50510152O20l5一l0—505jOl520位移／ram位移／ramfa1CFT—ZC1(b)CFT—ZC2800600400200至0＼长200—400—600—800—1000～

8、20—15l0—50510152O20一I5—1O5O5IOI52Of／ram韫移／ramfc1CZC3(d