王长伟 (佛山顺德建筑设计院有限公司,广东 佛山 528000)

0 引 言

在地震中结构承受反复荷载作用,部分结构构件超过弹性处于塑性工作状态,钢筋混凝土结构的内力和变形达到结构极限承载能力而遭受破损。不锈钢钢筋混凝土以其优良的抗腐蚀性在桥梁及近海工程中应用具有巨大潜力,所以对其抗震性能的研究很有必要。本文采用OpenSee分析不锈钢钢筋混凝土柱的滞回性能,结合实验结果分析数值模型,为进一步研究其构件弹塑性性能提供依据。

1 不锈钢钢筋混凝土柱拟静力试验

设计3根不锈钢钢筋混凝土试件[1],分别从变化轴压比和配箍率进行对比试验,试件尺寸及配筋如表1所示。试验采用压弯拟静力试验方法,恒定的轴压力作用于柱子竖向中和轴处,水平荷载作用于柱头中心;水平荷载采用荷载-位移混合加载方法逐级加载,即试件屈服前采用荷载控制加载,屈服后采用位移控制加载。试件的最终破坏形式见图1,柱基部分的混凝土保护层压碎剥落,不锈钢钢筋混凝土柱表现处很好的延性。

试件尺寸和配筋 表1

2 不锈钢钢筋混凝土柱的OpenSees 模型

开源程序OpenSees具有强大的非线性分析功能,并提供了多种材料本构模型,单元模型和计算方法,为研究建筑结构的抗震性能提供了良好的平台。

混凝土材料本构模型选用了Kent—part模型[3],混凝土模型可以通过修改参数K考虑箍筋的影响,concrete02模型的受拉段均采用线性关系,用于考虑混凝土的初始开裂[2];钢筋采用Steel02模型[2],该模型采用随动强化理论并考虑了包辛格效应,能够很好的模拟钢筋的滞回性能,本文采用零长度单元以模拟柱底、梁柱节点、剪力墙墙根部因纵筋在节点中滑移产生的变形,将节点应力渗透材料模型赋予零长度单元,可以模拟节点处钢筋发生整体滑移前的应力渗透所引起的构件强度和刚度变化[2]。

3 数值计算与试验结果对比分析

采用opensees中的非线性梁柱单元建立柱的滞回分析的纤维模型,对试验中的试件进行数值模拟,所得的滞回曲线吻合较好如图2所示。

4 结 论

用OpenSees程序对不锈钢钢筋混凝土柱的弹塑性分析与试验结果较一致,通过选取合理的混凝土和钢筋本构模型可以较好的模拟试件的滞回性能,可以利用此程序很好的研究不锈钢钢筋混凝土柱的弹塑性性能。

[1]Zhang Guoxue,Zhang Zhihao,Wang Changwei.Seismic performance of stainless steel reinforced concrete columns,Advanced Science Letters.2011,in press.

[2]Mazzoni S,Mckenna F,Scott M H,etal.Opensees Command Language Manual pdf2006-6-19.http://www.opensees.berkeley.edu.

[3]KENT D C,PARK R.Flexural Members with Confined-Concrete[J]Journal of the Structural Division,1971,97(7):1969-1990.