影響鋼管混凝土翼墻加固柱受力性能參數(shù)分析

龍秋穎　張庚彪　張東舉

【摘要】為了能進一步增強翼墻加固柱的錨固效果，本文利用有限元軟件ABAQUS對鋼管混凝土加固柱建立了4組共12個試件的有限元模型，分析了試件所受的軸壓比參數(shù)對構(gòu)件加固受力性能的影響。滯回曲線骨架曲線得出，滯回曲線比較飽滿，在軸壓比不同的條件下當(dāng)n=0.7時的荷載值最大為Fmax=987KN。表明隨著軸壓比的增大構(gòu)件的極限承載力也增大，構(gòu)件的延性降低.

【關(guān)鍵詞】鋼管混凝土加固柱，有限元模型，ABAQUS，延性，軸壓比，翼緣長度，鋼管厚度

0 引言：

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，翼墻加固方法也引用到了建筑結(jié)構(gòu)中，翼墻能夠很好提高構(gòu)件的抗側(cè)移能力，放置在柱子的兩側(cè)或者一側(cè)和柱子形成一個新的整體，共同承擔(dān)荷載，增加了柱子的抗震性能[1]。在地震的作用下翼墻先于框架柱破壞，起到了很好的保護框架柱的作用，增大了整體結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力。

翼墻加固法具有加固效果非常的顯著、施工方便、造價低等優(yōu)點，本文在上述實驗的基礎(chǔ)上進一步考慮了影響鋼管混凝土翼墻加固柱受力性能的幾個參數(shù)。利用有限元軟件ABAQUS通過對比分析法，得出參數(shù)對加固柱受力性能的影響。

1試件設(shè)計和材料力學(xué)性能

1.1試件設(shè)計

本文模擬中選取如下模型作為研究對象：混凝土柱尺寸為500×500mm，柱高為1.8m，縱向鋼筋為12B16，箍筋為B8@ 200mm，底端加密箍筋為B8@100mm，兩側(cè)的翼墻為鋼管混凝土，用鋼套箍將鋼管混凝土翼墻端部與鋼筋混凝土柱固結(jié)在一起，其它部位無連接，鋼套箍為高度為300mm，厚度為5mm。其中一個構(gòu)件的截面如圖5.1所示。

構(gòu)件組的尺寸如表1所示。其中L（mm）表示鋼筋混凝土柱的長，B（mm）表示鋼筋混凝土柱的寬；l（mm）表示鋼管混凝土翼墻的長度，b（mm）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。

1.2材料力學(xué)性能

本文混凝土采用 C30，縱向受力鋼筋和箍筋均采用HRB335級鋼材，鋼管采用Q345的鋼材。

2利用ABAQUS對加固柱進行模擬分析

2.1模型建立

在本模擬中，混凝土翼墻和混凝土柱以及鋼管三個部件均釆用8節(jié)點線性減縮積分式單元（C3D8R），縱向鋼筋和水平箍筋采用兩節(jié)點線性減縮積分式三維桁架單元（T3D2）[3]。

2.2定義相互作用

為了能夠很好的擬鋼管和混凝土之間的相互作用，本文認(rèn)為鋼管和混凝土之間滿足下面幾個條件[4-5]：（1）鋼管和混凝土不可相互侵入；（2）接觸力的法向分量只能是壓力；（3）接觸面的切向存在摩擦。鋼管單元為主面，混凝土單元為從面，鋼管和混凝土之間允許小滑移，摩擦系數(shù)為0.6，法向設(shè)定為硬接觸，允許主、從面分離。

2.3施加邊界條件與荷載

結(jié)合工程實際我們?nèi)】蚣苤蟹磸濣c到固定端的部分作為研究對象，所以本文模擬中模型一端為自由端，另一端為固定端。

3管混凝土翼墻加固柱模擬結(jié)果分析

本文利用ABAQUS軟件對三組構(gòu)件，共6個有限元模型分別進行低周反復(fù)荷載作用下的模擬，這三組構(gòu)件分別采用了軸壓比不同其余變量相同和翼緣長度不同其余變量相同的原則進行對比分析，現(xiàn)選出其中幾組進行分析。

3.1軸壓比對構(gòu)件的影響

通過對構(gòu)件進行模擬分析，分別提取了加固柱的滯回曲線和骨架曲線，鋼管混凝土翼墻中鋼管厚度為7mm時，軸壓比分別為0.3、0.5的加固構(gòu)件的滯回曲線、骨架曲線圖所示。

如圖可知滯回曲線的形狀比較飽滿，當(dāng)n=0.3時，構(gòu)件受到的最大荷載值Fmax=723KN；n=0.5時，F(xiàn)max=881KN；n=0.7時，F(xiàn)max=987KN；在加載后期，骨架曲線出現(xiàn)下降趨勢；隨著軸壓比的增大，曲線的下降斜率也越大；

本文利用有限元軟件ABAQUS對建立的6個加固模型進行了模擬分析，并提取了它們的滯回曲線和骨架曲線。對其曲線進行了整理和分析得到以下結(jié)論：

（1）利用有限元軟件ABAQUS軸壓比、為參數(shù)建立的6個鋼管混凝土翼墻加固鋼筋混凝土柱模型進行分析，從滯回曲線和骨架曲線上可知，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。

（2）通過對軸壓比不同的幾組加固構(gòu)件的有限元模擬分析結(jié)果看出，隨著軸壓比的增加，加固柱的極限承載力增大。加載過程中隨著加載位移的增大，鋼管混凝土翼墻加固柱水平承載力有所下降，說明軸壓比越大加固柱的延性越低。

參考文獻

[1] 林樹枝，袁興仁.翼墻加固單跨框架抗震性能研究[J]. 工程抗震與加固改造，2011（01）

[2] 劉威.鋼管混凝土局部受壓時的工作機理研究[D].福州大學(xué)博士論文，2005

[3] Harada T.，Takeda，J.，Yamane，S.and Furumura，S.Strength.Elasticity and thermal properties of concretesubjected to elevated temperatures. International seminar on concreteforreactors，SCISP-34，Detroit.1992：377-406

[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(xué)學(xué)位論文，2008

[5] 許哲.預(yù)制翼墻及鋼桁架加固鋼筋混凝土框架試驗研究[D]. 沈陽建筑大學(xué)碩士論文，2012

作者簡介：

龍秋穎（1990—），女，漢族，黑龍江省富錦市人，職務(wù)：學(xué)生，學(xué)歷：研究生，研究方向為結(jié)構(gòu)加固。

張庚彪（1988—），男，漢族，山東省菏澤市人，職務(wù)：繪圖員，學(xué)歷：研究生，研究方向為結(jié)構(gòu)加固。

張東舉（1990—），男，漢族，河南省平頂山市人，職務(wù)：學(xué)生，學(xué)歷：研究生，研究方向為結(jié)構(gòu)加固。