橡胶掺量对圆钢管橡胶混凝土柱抗震性能的影响

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇橡胶掺量对圆钢管橡胶混凝土柱抗震性能的影响范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

[摘要]：本文运用abaqus有限元分析软件，通过变换圆钢管橡胶混凝土柱的橡胶含量参数并进行三种不同工况下进行水平低周反复荷载模拟实验的运算模拟。将得到的数据通过Origin软件进行数据分析，对各柱的弹塑性耗能和的累积延性进行影响因素的分析。

[关键字]：钢管橡胶混凝土柱；ABAQUS；橡胶含量；加载方式；累积延性。

中图分类号：TV331文献标识码： A

1分析模型

1.1模型的建立

从抗震安全性能方面来考虑，往往是要求柱子有足够的屈服后累积耗能能力，柱子屈服后承载力也不能下降的太快。本文共进行了12组模拟实验，对钢管橡胶混凝土柱进行一定轴压比下的低周反复水平荷载模拟实验,模型底端固定，上端施加水平荷载与竖向力，本次实验轴压比取40%。对钢管橡胶混凝土柱的橡胶含量参数对其滞回耗能能力的影响进行数据对比分析。

1.2材料试验性能与本构关系

试验采用钢材型号为Q235。钢材式样根据《金属材料室温拉伸试验方法》[1]进行拉伸试验。混凝土等级采用C30混凝土，在混凝土实验室按照规范配置，按照设计按照比例掺入橡胶粉，制成符合要求的橡胶混凝土标准立方体试块，并进行合理的养护，养护完成后根据规范要求进行压力测试。通个材料实验得出钢材数据结果如表1所示；不同橡胶含量混凝土的数据结果如表2所示。

1.3加载制度的选取

在以往模拟实验中，加载制度的不同会对结构的累积延性有一定的影响。为了考虑其影响，本文采用了三种不同的加载方式进行模拟加载试验。加载制度1为等位移幅值加载制度，每次递增的幅值为0.1，加载10个周期，幅值由0增加到为止。加载制度2为等位移幅值加载制度，每次递减的幅值为0.1，幅值由减小到0为止。加载制度3为非等位移幅值加载制度，幅值顺序依次为为0.1、1、0.2、0.9、0.3、0.8、0.4、0.7、0.5、0.6，加载10个周期。三种加载方式示意图如图1-1、2、3所示

1-1工况I 1-2工况II 1-3工况III

1.4试件参数

本文以钢管橡胶混凝土柱的橡胶含量作为控制变量。其承载力设计依据《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28：90）[2],实验模拟中的材料强度值采用的均是试验试件材料的实测值。根据《建筑抗震试验方法规程》（JGJ101-1996）建议，柱截面全部为115mm,柱高取1500mm，钢管壁厚取4mm。橡胶含量取体积代换的0%，10%，20%，30%四类，本次实验轴压比均取40%。

2圆钢管橡胶混凝土柱模拟实验分析

经模拟实验所得的试验数据（各柱的屈服荷载、极限荷载、屈服位移、极限位移）如表4

对比橡胶含量 表4

编号 屈服荷载Pykn 极限荷载Pu kn 屈服位移mm 极限位移mm

R0 10.44 16.84 6.81 18.5

R10 11.39 19.72 6.68 19.1

R20 11.48 18.52 6.65 17.16

R30 11.75 18.95 6.62 20.26

2.1滞回曲线

我们通过静力弹塑性分析得到的数据，分析得出实验所需的抗水平力下降到极限荷载的85%时所对应的位移[3]。运用三种不同的加载方式模拟其在水平力下的低周反复荷载实验。用ABAQUS倒出X轴方向的柱顶位移与柱底支座反力，在把导出数据输入Origin软件，绘制其指挥曲线图。进行理论上的分析。模型柱在I、II、III加载方式下得到的滞回曲线如图2-1~2-12所示

图2-1 I工况0%图2-2 I工况10%

图2-4 I工况20%图2-4 I工况30%

图2-5 II工况0%图2-6 II工况10%

图2-7 II工况20%图2-8 II工况30%

图2-9 III工况0%图2-10 III工况10%

图2-11 III工况20%图2-12 III工况30%

3累积延性分析

累积延性=，式中：Ep为试件端部的塑形累积耗能值。即通过对构件的动力时程曲线进行积分，然后扣除曲线中构件的弹性耗能。My为构件的屈服弯矩；为构件端部弯矩为My时所对应的位移转角[4]。累积滞回耗能是有损伤耗能。这种损伤会对试件的变形能力造成较大的影响。通过模拟试验能够得到钢管橡胶混凝土柱的累积塑性变形率，为部分柱铰屈服机制中允许屈服的柱提供设计依据。是对应于试件水平承载力下降到峰值的85%时的试件端部的塑形累积耗能值。通过累积延性公式计算得到各试件的累积延性，见表5、6、7

I表5

编号 Ep/kN・m My/kN・m /rad

R0 3.60485 15.65795 0.00454 50.71033

R10 3.865176 17.09095 0.00445 50.78294

R20 3.905057 17.22491 0.00443 51.13756

R30 4.051213 17.61914 0.00441 52.09951

II表6

编号 Ep/kN・m My/kN・m /rad

R0 3.802506 15.65795 0.00454 53.49081

R10 4.106292 17.09095 0.00445 53.95087

R20 4.136779 17.22491 0.00443 54.17201

R30 4.318982 17.61914 0.00441 55.54308

III表7

编号 Ep/kN・m My/kN・m /rad

R0 3.816883 15.65795 0.00454 53.69305

R10 4.158801 17.09095 0.00445 54.64076

R20 4.214592 17.22491 0.00443 55.19099

R30 4.300245 17.61914 0.00441 55.30212

3.1混凝土橡胶含量对累积延性的影响

通过计算得到各试件的累积延性画出混凝土橡胶含量对其累积延性的影响图如图3-1所示

图3-1

3.2不同加载制度对累积延性的影响

通过计算得到各试件的累积延性画出不同加载制度对其累积延性的影响图如图3-2所示

图3-2

4 结论

本文通过变化混凝土橡胶含量、加载制度等参数，对12组柱的累积延性进行分析，得到以下结论：

1）柱的累积延性随混凝土中橡胶含量（0%~30%）的增加呈缓慢上升趋势。在橡胶含量在10%时，模拟柱的累积延性较橡胶含量0%的基本持平，在橡胶含量在10%到30%时，上升趋势变大。

2）通过材料实验可知，橡胶混凝土中随着混凝土含量减少与橡胶粉含量的增加，其承载力不断下降。前期下降慢，随着橡胶粉含量的增加下降速度变快，最后趋于稳定。

3）橡胶混凝土中掺入橡胶粉之后，试件的整体性能发生改变，阻尼比增加，破坏形势越来越细腻，裂缝开展越来越细微。

4）柱的累积延性随着加载制度的变化而有所变化，变化幅度随柱的其它参数的不同而不同，一般在±5范围内浮动。

参 考文献

[1]中华人民共和国国家标准GB/T228-2002.金属材料室温拉伸试验方法.北京：中国计划出版社，2002

[2]中国工程建设标准化协会标准CECS28：90. 钢管混凝土结构设计与施工规程. 北京:中国计划出版社,1992

[3]张娜，祝令民：方钢管混凝土柱的累积延性. 城市建设理论研究（电子版）.2014年3期,2014.

[4]徐培蓁. 柱降伏を容したコンクリト充填管造ラメンの耐震にする研究[D]. 日本：九州大学，2006.