軸壓比對不同形式異形柱框架抗震性能的影響

鞏牧華+蔡新江

摘 要：文章以三榀異形柱中框架為研究對象，分別為鋼筋混凝土異形柱框架、型鋼混凝土異形柱框架和鋼管混凝土異形柱框架，利用有限元分析軟件對三者進行推覆分析，研究不同軸壓比作用下異形柱框架承載能力、位移延性、剛度退化等方面的抗震性能特點。研究表明：軸壓比對三種異形柱框架彈性剛度影響較小，但對承載力和延性影響較大。

關鍵詞：異形柱；型鋼混凝土；鋼管混凝土；軸壓比

引言

異形柱結構因其柱楞不凸出、得房率高等優點，備受開發商和消費者的青睞。目前，對普通鋼筋混凝土（RC）異形柱結構的研究已較為廣泛[1-2]，而對型鋼混凝土（SRC）異形柱結構和鋼管混凝土（CFST）異形柱結構的研究較多集中在構件層面。本文對三種不同形式的異形柱框架的抗震性能進行推覆分析，研究三種框架在不同軸壓比作用下抗震性能特點，為異形柱結構體系的理論分析提供參考。

1 模型設計

本文框架模型選用兩跨三層的異形柱中框架，其邊柱為T形柱，中柱為十字形柱。框架底層層高為1.6m，二、三兩層層高均為1.2m，縮尺比例為1：2.5。三種形式框架柱截面尺寸相同，肢高為300mm，肢厚為100mm，梁截面均采用鋼筋混凝土梁，梁寬取100mm，與異形柱肢厚相等，梁高取280mm。三種框架主要區別在于柱截面配鋼（筋）形式不同，具體幾何尺寸以及截面配鋼（筋）形式如圖1所示（單位：mm）。

在材料選擇上，混凝土采用C35混凝土；鋼筋為HRB335鋼筋，柱中縱筋直徑8mm，箍筋直徑6mm，在柱端300mm范圍內以及節點核心區進行加密，加密區間距40mm，非加密區間距80mm；框架梁主筋直徑12mm，箍筋直徑6mm，在梁端400mm范圍內進行加密，加密區間距40mm，非加密區間距80mm；型鋼選用Q235鋼板焊接而成。

2 有限元模型的建立

選用OpenSees有限元分析軟件進行分析，建模時采用纖維單元定義構件截面，根據不同材料劃分為不同纖維。在單元選取上采用基于位移的梁柱單元（Displacement-Based Beam-Column）來模擬梁、柱構件。為了保證模擬結果的精確性，將所有梁柱構件均離散為5個單元，每個單元積分點數為5。

材料上，混凝土采用Concrete02 Material，本構關系為Scott等人修正后的Kent- Park本構模型，該模型能夠較好反映箍筋對核心區混凝土的約束作用，因此在截面上就不需要再建立箍筋纖維。鋼筋和型鋼均采用Steel02 Material，本構關系為Filippou等人修正后的Menegotto-Pinto本構模型，該模型考慮了鋼材硬化的影響。

3 推覆分析

本文側向加載模式為抗震規范中規定的倒三角模式。由于異形柱框架中柱設計軸壓比是邊柱的兩倍，邊柱的軸壓比參數N取1、0.1、0.2和0.3進行分析。三種異形柱框架結構在不同軸壓比下的推覆分析計算結果如圖2所示。

由上述計算結果可知，軸壓比對三種異形柱框架的彈性剛度影響均較小，隨著軸壓比的增大，對框架承載能力和延性的影響也逐漸增大。對于RC異形柱框架來說，邊柱軸壓比從0到0.1，框架承載能力有了適當提高，但當軸壓比大于0.1之后，對承載能力影響很小，但延性有所降低。對于SRC異形柱框架和CFST異形柱框架，軸壓比的變化對二者影響效果相類似，隨著軸壓比的增大，結構的承載能力逐漸降低，位移延性也隨之降低。因此在對SRC異形柱框架和CFST異形柱框架進行設計時，要著重考慮軸壓比的影響。

4 結束語

本文以三種不同形式的異形柱框架為研究對象，在柱截面尺寸、軸壓比和梁截面均一致的前提下，在不同軸壓比下對三者進行推覆分析，得到以下結論：

（1）軸壓比對三種不同形式異形柱框架彈性剛度影響較小。

（2）邊柱軸壓比較小范圍內變大時，RC異形柱框架承載力有所提高，軸壓比超過0.1時，對承載力影響較小，但延性會隨軸壓比的增大而減小。

（3）SRC異形柱框架和CFST異形柱框架，隨著軸壓比的增大，結構的承載能力逐漸降低，位移延性也隨之降低。

參考文獻

[1]肖建莊，黃玨，張建榮，等.高性能混凝土異形柱邊框架抗震性能試驗研究[J].建筑結構學報，2002，23（6）：19-25.

[2]王鐵成，林海，康谷貽，等.鋼筋混凝土異形柱框架試驗及靜力彈塑性分析[J].天津大學學報，2006，39（12）：1457-1464.

作者簡介：鞏牧華（1990-），女，漢族，江蘇宿遷，碩士研究生，鹽城工業職業技術學院，研究方向：建筑結構、工程抗震。

蔡新江（1981-），男，漢族，江蘇蘇州，博士研究生，蘇州科技大學，研究方向：建筑結構、工程抗震。