不同加載路徑對鋼筋混凝土L形柱抗震性能的影響

　摘要：為了進一步探討復雜加載路徑下鋼筋混凝土L形柱的受力性能，采用基于有限單元柔度法纖維模型梁柱單元，對忽略剪切和扭轉(zhuǎn)影響的鋼筋混凝土L形柱在不同加載路徑下的抗震性能進行了計算機模擬分析，研究了不同加載路徑對鋼筋混凝土L形柱承載力、延性、累積滯回耗能等的影響。結果表明，現(xiàn)有鋼筋混凝土L形柱抗震性能評定方法應作適當調(diào)整，以考慮加載路徑對評定結果的影響。

關鍵詞：鋼筋混凝土柱加載路徑抗震性能

1．引言

目前國內(nèi)外對鋼筋混凝土框架柱在雙向任意加載路徑下的受力性能已有一定的研究[1-3]，但僅限于對普通矩形柱的研究，對L形柱的研究也只限于沿某一工程軸或斜向加載下的受力性能上[4－7]。這與目前可進行多維擬靜力試驗的設備、設施較少，特別是試驗加載控制較為困難，沒有相應的多維加載控制軟件有關[1]。由于現(xiàn)有鋼筋混凝土L形柱抗震性能的評定主要是建立在沿某一工程軸這一特定的加載路徑的試驗研究基礎之上，為建立和完善鋼筋混凝土異形柱抗震性能的評定方法，提供必要的理論依據(jù)，有必要對鋼筋混凝土L形柱在不同雙軸加載路徑下的受力性能進行研究。

考慮到目前進行鋼筋混凝土L形柱多維擬靜力加載試驗存在困難，本文采用可同時考慮軸力－雙軸彎矩相互耦合作用和剛度退化的纖維模型，編制了相應的非線性分析程序，對鋼筋混凝土L形柱在不同加載路徑下的受力性能進行了計算機模擬分析，比較了單軸受力和雙軸受力時L形柱受力性能的差異，研究了不同加載路徑對鋼筋混凝土L形柱承載力、延性、累積滯回耗能等的影響。
2．鋼筋混凝土L形柱非線性分析

2.1計算模型

本文采用基于纖維模型梁柱單元編制的非線性分析程序?qū)Σ煌虞d路徑下的鋼筋混凝土L形柱進行非線性分析，其分析效率和精度已在構件層次和結構層次上分別進行了驗證[8-10]。纖維模型將梁柱單元截面離散化為若干纖維，并在假定整個正截面符合平截面假定的同時，假定每根纖維處于單軸應力狀態(tài)，再根據(jù)相應纖維材料的單軸應力－應變關系便可計算截面在多軸加載條件下的復雜恢復力關系。可通過對纖維材料的單軸應力－應變關系的適當修正來考慮箍筋橫向約束影響。在此基礎上依據(jù)有限單元柔度法理論來建立梁柱單元剛度矩陣,避免了傳統(tǒng)剛度法理論由于采用單元位移形函數(shù)的假定所引起的單元內(nèi)力分布的準確性問題，對于處理結構或構件進入軟化段的材料和幾何雙重非線性問題，具有很好的效果[10]。有關梁柱單元的形成、單元和截面狀態(tài)的確定等具體內(nèi)容，詳見文獻[10]。

本文中的鋼筋模型選用最初由Menegotto和Pinto(1973)所建議后經(jīng)Filippou等人修改以考慮等向應變硬化影響的雙線型本構模型[11]，如圖1。對于混凝土，采用Scott等人擴展后的Kent-Park模型，如圖2所示。通過修改素混凝土(無約束混凝土)受壓骨架線應變軟化段斜率來考慮箍筋對混凝土的約束影響。

2.2計算參數(shù)及加載規(guī)則

本文對5根軸壓比均為0.2，且有相同尺寸和配筋的鋼筋混凝土L形柱在不同加載路徑下的抗震性能進行了研究。各構件的混凝土強度等級均為C30，混凝土保護層厚30mm，縱筋強度fy取值為388N/mm2，箍筋強度fyv取值為272N/mm2，彈性模量Es取值為2.0×10MPa，E‘取0.1Es，k為考慮箍筋約束所引起的混凝土強度增加系數(shù)?；炷聊Ｐ蛥?shù)見表1。由于纖維模型目前尚不能考慮扭轉(zhuǎn)、剪切的影響，本文構件剪跨比均設計為H/h＝3.5，較實際工程應用有所偏高以保證模擬分析結果的足夠準確性[12]，同時在進行加載時水平荷載作用點通過截面彎心，即不考慮實際可能同時出現(xiàn)的扭轉(zhuǎn)影響。構件尺寸和配筋如圖3。

本文采用位移控制的加載方式，共選用了5種路徑，如圖4所示。以RC-0作為對比的基準，RC-1~RC-4分別代表x與y軸位移同向、同步、同幅；同步、同幅但不同向；不同步、不同幅但能同時達到各自峰值；不同步、不同幅、不能同時達到各自峰值的四種加載路徑，以考察對鋼筋混凝土L形柱抗震性能評定結果的影響。由于鋼筋混凝土L形柱在復雜加載路徑下的屈服位移的確定目前仍未有較為一致的規(guī)定，為便于與當前鋼筋混凝土L形柱抗震性能評定方式比較，即本文RC-0加載規(guī)則，按此規(guī)則以受拉邊鋼筋首次屈服相應的柱頂位移作為本文的基本位移統(tǒng)一進行加載，并且正反向相同，經(jīng)計算該基本位移值約為9mm；x、y分別表示兩個垂直的工程軸方向，除RC-1、RC-2柱x、y方向均按9mm施加相同位移外，其余雙軸加載構件RC-3、RC-4都是先加x向的位移，隨后加y向的位移。x方向加載過程為：第一次幅值為9mm，循環(huán)3圈，然后增加9mm的幅值，循環(huán)3圈，如此進行；x方向與y方向的幅值比為5：4。

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