考慮內(nèi)力重分布與鋼筋屈曲效應(yīng)對RC柱力學(xué)性能的影響.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人們生活水平提高，以及近年來地震災(zāi)害的頻繁發(fā)生給人們帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和沉重的精神傷害，人們對結(jié)構(gòu)的抗震性能要求也越來越高。RC框架和框-剪結(jié)構(gòu)是主要的結(jié)構(gòu)形式之一，柱是其重要的豎向承重構(gòu)件及主要的水平抗側(cè)力構(gòu)件，其性能直接影響著整個結(jié)構(gòu)的抗震性能。RC結(jié)構(gòu)受載后產(chǎn)生內(nèi)力重分布，其破壞起初通常由縱筋的屈曲引起，由此引起結(jié)構(gòu)承載力的退化。如果不考慮內(nèi)力重分布及縱筋的屈曲行為，可能會高估RC結(jié)構(gòu)的承載和延性變形能力，對結(jié)構(gòu)

2、的安全使用帶來潛在的危害，重分布及縱筋屈曲研究勢在必行。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對軸心受壓RC柱，分析了其破壞路徑和內(nèi)力重分布過程。基于三個基本方程，推導(dǎo)了軸向內(nèi)力轉(zhuǎn)移過程；根據(jù)縱筋屈服應(yīng)變和混凝土峰值應(yīng)變相對大小，將內(nèi)力重分布過程分為兩種情況，得出當(dāng)縱筋屈服應(yīng)變小于混凝土峰值應(yīng)變時，對應(yīng)的破壞由縱筋屈服引起，最終達(dá)到極限狀態(tài)由混凝土極限應(yīng)變控制。反之，則由混凝土應(yīng)變達(dá)到極限壓應(yīng)變，混凝土壓碎引起，最終破壞受鋼筋屈服或向外凸

3、曲失穩(wěn)來控制。⑵基于能量法分析了 RC柱中縱筋屈曲的基本力學(xué)參數(shù)，包括屈曲長度，屈曲荷載及臨界應(yīng)力。通過矩形和圓形截面的折減模量對比發(fā)現(xiàn)顯式表達(dá)的矩形截面模量可以用來近似隱式表達(dá)的圓形截面模量；利用縱筋-彈簧模型，基于分布式的彈性支撐推導(dǎo)了鋼筋屈曲的長度和屈曲臨界承載力，得出，臨界屈曲荷載的最小值與屈曲長度及級數(shù)解的項數(shù)無關(guān)，依賴于箍筋對縱筋的約束剛度；基于Mander等人的鋼筋材料模型推導(dǎo)了鋼筋發(fā)生屈曲的臨界應(yīng)力曲線，并由此得出鋼筋屈

4、曲的臨界應(yīng)力點。⑶基于箍筋變形假設(shè)，推導(dǎo)了不同受力下 RC圓形和矩形截面柱中箍筋對縱筋的變約束剛度。根據(jù)變形后的形狀，通過求解幾何方程、物理方程和平衡方程可以求得箍筋的約束剛度，該剛度與箍筋的力學(xué)參數(shù)和尺寸有關(guān)；分析了矩形RC柱截面不同位置的縱筋受約束機(jī)制，得出角部鋼筋主要由箍筋的軸向變形剛度提供約束，截面中部鋼筋則由薄膜變形機(jī)制提供；針對不同截面類型分析推導(dǎo)了復(fù)合箍筋的約束剛度由軸向變形剛度和薄膜變形機(jī)制提供的約束剛度疊加。⑷利用Op

5、enSEES有限元分析程序，對縱筋屈曲影響的 RC柱進(jìn)行數(shù)值模擬并與文獻(xiàn)試驗驗證?；赯ong等人的屈曲鋼筋模型，對RC柱Pushover模擬，分析了各個參數(shù)的影響，得出箍筋的間距和縱筋直徑的比值對RC柱中縱筋屈曲的影響較大，箍筋對縱筋的約束剛度主要體現(xiàn)在箍筋間距上，就作為箍筋的約束作用而言，箍筋的直徑對縱筋的屈曲效應(yīng)并不大，最后通過與文獻(xiàn)試驗對比，驗證了模擬的正確性，通過RC框架地震作用模擬，得出縱筋屈曲現(xiàn)象加速了RC框架的在地震作用

6、下的倒塌。⑸以軸壓RC柱承載力模型與內(nèi)力重分布過程為基礎(chǔ)，在氯鹽侵蝕環(huán)境下，考慮銹蝕對RC柱主、箍筋力學(xué)性能、混凝土截面損傷和鋼筋壓屈行為的影響，基于氯鹽銹蝕三個階段，建立了不同的銹蝕剩余設(shè)計承載力模型。通過算例，計算了銹蝕RC柱的剩余承載力隨銹蝕率的變化。得出隨著柱銹蝕率的增大，RC柱的設(shè)計極限承載力降低。銹蝕RC柱承載力的衰減主要發(fā)生在銹蝕的第三個階段，第二階段相對于第一階段承載力的衰減較小，第三階段相對于第二階段承載力的衰減已接近