高韧性水泥基复合材料柱及普通混凝土柱抗震性能数值模拟计算研究

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1、安徽建筑2012年第4期(总185期)韧性水泥基复合材料柱及普通混凝土柱抗震性能NumericalSimulationforSeismicBehaviorofHighToughnessCementColumnBasedCompositeMaterial数值模拟计算研究andCommonConcreteColumn尹万云，张烨，何兆芳，李林峰，张晋——__I(1．中国十七冶集团有限公司，安徽马鞍山243000；I-_-_2．东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室，江苏南京210096)l====——一摘要：在已有的两组普通混凝土柱和ECC柱低

2、周反复加栽试验的清华大学试验钢筋参数裹1基础上，采用开源的地震工程模拟系统OpenSees进行有限元数值模拟，普通混凝土和ECC都用Concrete02本构模型，钢筋使用Steel02本构模型，考虑柱底钢筋粘结滑移，计算结果与试验有较好的吻合。同时在普通混凝土柱和ECC柱试验计算模型基础上，改变竖向轴力研究竖向轴力对柱滞回性能的影响，并做了同等抗压强度下的普通混凝土柱和ECC柱低周反复加栽计算分析。关键词：高韧性水泥基复合材料；opensees；低周反复加栽；纤维模型；延性中图分类号：TU756．41文献标识码：A文章编号：1007—7359(201

3、2)04一O181—04计算情况竖向轴力(kN)水平峰值荷载(kN)检1概述测、试验普通混凝土具有拉压强度比低、脆性大、韧性差、容易开裂与等缺点。这些缺点将影响混凝土结构耐久性和使用寿命。为克测量服混凝土这些缺点。“和Leung于1992年基于微观力学与断技裂力学原理提出了乱向短纤维增强水泥基复合材料的纤维桥术接法作为研究的理论基础，并得到高韧性水泥基复合材料(Engineeredcementitiouscomposite，简称ECC)。这种水泥基复合材料在仅使用体积率约2％的纤维体积掺量下便可获得3％以上拉应变能力，大约为普通混凝土的150～300

4、倍。因此它可以提高结构的抗裂能力和吸收地震能量的能力，可极大地提高工程结构的耐久性。本文将通过有限元分析对普通混凝土和ECC柱低周反复加载模拟，研究ECC构件的受力与变形性能。计算模拟内容如f下：基于OpenSees有限元软软件对普通混凝土柱、ECC柱在不同竖向轴力作用下的低周反复加载模拟，以及相同抗压强度普／通混凝土柱和ECC柱的低周反复加载模拟。一2对比试验概况l一．⋯2．1普通混凝土柱试验安图1RC柱拟静力试验构件本文将要模拟的普通混凝土柱低周反复加载试验是由清会建筑结构抗倒塌专业委员会网站上。试验构件的尺寸和配筋徽华大学完成的，相关试验数据公

5、布在中国建筑学会抗震防灾分如图1所示。该试验混凝土立方体强度丘。3O．1MPa，纵向钢建筋采用68钢筋，箍筋采用6钢筋，钢筋详细参数见表1。筑收稿日期：2012-05-16试验竖向轴力为140．78kN，水平方向荷载按位移控制加载，其作者简介：尹万云(1963一)，男，安徽和县人，工学硕士，教授级高级工Im—程师。水平加载点距离柱底750mm。2012年第4期(总185期)安徽建筑2．2ECC柱试验0A．A该试验是由GregorFisher、HiroshiFukuyama和VictorLi完成。试验构件尺寸和配筋如图2所示，除柱顶部水平荷载加载处和底

6、座中配有箍筋，其余●●●●位置均没有配箍筋。试验所用ECC的抗压强度为40MPa，对应应变为0．0052，，[mmlD6@50mn极限抗压强度为26MPa，对应极限压应变为0．0081。纵向钢筋采用8巾13钢／筋和46钢筋，箍筋采用6钢筋，钢筋详细参数见表2。试验竖向轴力为Steel330kN，水平方向荷载按位移控制加载，位移逐渐加载至84mm(柱高的6％)。—3数值模拟计算方法的验证虽厂。+AA本文采用的有限元分析软件是OpenSees(OpenSystemforEarthquakeD6@50rr／———一EngineeringSimulation

7、)。OpenSees是由加州大学伯克利分校为主研发的地震■■■■一—¨rt，1工程模拟系统。它是基于C++开源的有限元程序，具有丰富的材料和单元模{j型，并且用户可以根据自己的需要添加新的材料和本构模型，能够较好地模m～·■一—÷_-i上拟结构地震反应。3．1单元和材料本构关系的选取图2Fisher和Li试验构件本文采用基于位移法的非线性梁柱单元dispBeamColumn来模拟框架柱，同时在柱底附加一个零长度单元zeroLengthSection来模拟柱底部纵筋的粘结滑移。}昆凝土本构关系采用基于单轴Kent-Scott-Park模型的Concre

8、te02Material。对于ECC材料，OpenSee8材料库中虽然有ECCOIMaterial本构模型，