鋼管混凝土翼墻加固混凝土柱受力性能分析

摘要：我國經(jīng)濟正處在迅速發(fā)展時期，為了保證各類工程結構的安全性、適用性和耐久性，必須貫徹“百年大計，質(zhì)量第一”的方針。但是由于建造階段可能發(fā)生的設計疏忽和施工失誤，正常使用階段可能出現(xiàn)的自然和人文災害以及建筑材料的老化，產(chǎn)生了各種風險。因此需要對建筑物進行補強加固。而鋼管混凝土翼墻加固是一種新興的加固方法，增設翼墻能提高混凝土的剛度、極限承載力和耗能能力等。本文通過對加固模型進行Abaqus有限元分析來驗證這種方法的可行性。

關鍵詞：翼墻；鋼管混凝土；Abaqus有限元；加固

0引言

近年來，我國頻繁發(fā)生地震災害，比如2008年，汶川大地震；2010年，青海玉樹大地震；2013年，四川的蘆山縣大地震；2014年，新疆省于田大地震，我們對現(xiàn)有建筑結構的抗震性能提出了更高的要求。很多建筑物和構筑物在我們的長期使用中會出現(xiàn)各種各樣的問題，如承載力不足、地基沉降、出現(xiàn)裂縫等[1]。為了能夠正常使用，防止結構出現(xiàn)嚴重的損害，給人們帶來財產(chǎn)、精神和生命上的危害，應該對建筑物及時的進行可靠度鑒定，并采取相應的措施對建筑物進行加固維修。鋼筋混凝土框架結構加固的方法主要包括：外包鋼法、粘貼纖維復合材料加固法、粘鋼加固法、增大截面法、增設翼墻加固等[2]。本文將通過Abaqus非線性有限元模擬來探究鋼管混凝土翼墻的受力性能。

1構件尺寸及模型建立

1.1構件的尺寸

本文模擬中選取如下的模型作為研究對象：混凝土柱尺寸500×500mm，柱高1.8m，縱向鋼筋12B16，箍筋B8@ 200mm，底端加密箍筋B8@100mm（B為鋼筋直徑），兩側的翼墻為鋼管混凝土翼墻，用鋼套箍將鋼管混凝土翼墻的端部與鋼筋混凝土柱固結在一起，其它部位沒有連接，鋼套箍為高度300mm，厚度為5mm。其中的一個構件的截面如圖1.1所示。

圖1.1 構件的截面尺寸

有限元數(shù)值模擬分別以鋼管的厚度為參變量，對不同組的構件分別進行低周反復荷載作用下的模擬。其中L表示鋼筋混凝土柱的長，B表示鋼筋混凝土柱的寬；l表示鋼管混凝土翼墻的長度，b表示鋼管混凝土翼墻的厚度；n表示軸壓比；t表示鋼管的厚度。構件尺寸如表1.1。

表1.1 鋼管混凝土翼墻加固構件模擬試件表

試件編號 L（mm） ×B（mm） l（mm） ×b（mm） n t（mm）

JGZ-1 500×500 300×200 0.5 3

JGZ-2 500×500 300×200 0.5 5

JGZ-3 500×500 300×200 0.5 7

1.2模型的建立

運用創(chuàng)建部命令件創(chuàng)建混凝土柱、混凝土翼墻、鋼管、縱筋和箍筋各部件，其中混凝土柱、 混凝翼墻和鋼管為實體單元，而縱筋和箍筋為桁架單元。如圖1.2所示。

圖1.2 模型建立

2不同試件的有限元分析

2.1試件的滯回曲線

在軸壓比0.5時，翼墻中鋼管的厚度為3mm、5mm、7mm的鋼管混凝土翼墻加固柱的構件滯回曲線如圖2.1所示。

圖2.1 JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3滯回曲線

從圖2.1能夠看出，在這組模擬中任何一個滯回曲線形狀都表現(xiàn)為比較飽滿的梭形，這反映了鋼管混凝土翼墻加固鋼筋混凝土柱具有良好的耗能能力以及抗震性能[3]。

從這組的滯回曲線可以看出，鋼管厚度t=7mm的加固構件的滯回曲線的峰值最大，t=3mm的加固構件滯回曲線峰值最小，說明鋼管厚度越大鋼管混凝土翼墻加固柱的極限承載力越大。隨著加載的繼續(xù)進行，滯回曲環(huán)的峰值出現(xiàn)了下降，不同鋼管厚度下降的趨勢也不同，鋼管厚度為3mm的加固柱下降趨勢比鋼管厚度為7mm的加固柱下降趨勢大，說明隨著鋼管厚度的增大鋼管混凝土翼墻加固柱的延性增加[4]。

2.2試件的骨架曲線

在軸壓比為0.5時，翼墻中鋼管厚度為3mm、5mm、7mm的鋼管混凝土翼墻加固柱的構件骨架曲線如下圖2.2所示。

圖2.2JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3骨架曲線

從圖2.2可以看出，鋼管混凝土翼墻中鋼管厚度為7mm時加固構件的極限承載力值最大，鋼管厚度為5mm次之，鋼管厚度為3mm最小，說明了隨著鋼管厚度的增加鋼管混凝土翼墻加固柱的極限承載力增大。

在骨架曲線的前期彈性階段，鋼管厚度為7mm的鋼管混凝土翼墻加固的鋼筋混凝土柱的斜率最大，說明隨著鋼管厚度的增加構件的彈性階段的剛度增大，加載后期骨架曲線均有一段保持水平，表現(xiàn)出鋼管混凝土翼墻加固柱具有良好的塑性性能；隨著荷載繼續(xù)加載，骨架曲線出現(xiàn)下降趨勢，說明鋼管混凝土加固鋼筋混凝土柱的延性降低；鋼管厚度為3mm的加固構件下降趨勢大于鋼管厚度為7mm的加固構件，說明了鋼管厚度越大加固構件的延性越好[5]。

3結論

利用有限元軟件ABAQUS以鋼管厚度為參數(shù)建立的3個鋼管混凝土翼墻加固鋼筋混凝土柱模型，并進行了模擬分析，從提取的滯回曲線和骨架曲線上可以看出，鋼管混凝土翼墻加固柱均具有較好的耗能能力及抗震性能。鋼管厚度增加則構件的極限承載力增大，剛度增大，耗能能力良好。由于篇幅有限有些參變量沒有考慮進來，在以后的研究中將重點關注。

參考文獻

[1] 魏闖.增設翼墻加固功能混凝土柱受力性能研究[D]沈陽建筑大學碩士論文，2011

[2] 柳炳康，吳勝興，周安.工程結構鑒定與加固[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008

[3] 張心令，王財全，劉潔平. 翼墻加固方法對框架結構抗震性能的影響分析[J].土木工程學報，2012

[4] 景悅.方鋼管混凝土軸壓短柱非線性有限元分析[D].河北工業(yè)大學學位論文，2008

[5] 孫修禮，梁書亭.鋼管混凝土框架骨架曲線研究[J].地震工程與工程振動，2007

作者簡介：宋成建（1989--），男？，山東菏澤人，結構工程專業(yè)，在讀碩士