frp約束混凝土組合柱滯回性能有限元研究-

《frp約束混凝土組合柱滯回性能有限元研究-》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、FRP約束混凝土組合柱滯回性能有限元研究*[摘要]為研究FRP-PVC管鋼筋混凝土的抗震性能，本文基于OpenSEES中的纖維模型對FRP-PVC管鋼筋混凝土壓彎構(gòu)件的P-Δ滯回曲線進(jìn)行有限元模擬，通過合理確定截面纖維的滯回本構(gòu)模型，可得到與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好的數(shù)值模擬結(jié)果。分析FRP包裹層數(shù)、FRP條帶間距等參數(shù)對約束柱抗震性能的影響，結(jié)果表明：包裹層數(shù)主要是對試件的變形能力有影響，對試件的峰值荷載值影響不大。BFRP存在使用效率的問題，包裹7層纖維布與包裹8層纖維布的效果相當(dāng)；隨著條帶間距的增大，試件的極限荷載和極限變形均

2、減小，荷載下降段的下降幅度越大。條帶間距取20～30mm較為合理。[關(guān)鍵詞]FRP-PVC管抗震性能OpenSEES有限元分析0引言FRP-PVC管混凝土柱是一種新型的結(jié)構(gòu)體系[1-2]，它由輕質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、高性能、耐久性好的材料組成。該結(jié)構(gòu)是在PVC管外面按照一定的環(huán)箍間距纏繞FRP形成FRP-PVC管，5在進(jìn)行包裹時(shí)，用專門的環(huán)氧樹脂等粘結(jié)材料將FRP片材粘貼于結(jié)構(gòu)表面。再利用FRP-PVC管作為模板，在其內(nèi)澆筑混凝土而形成的。該新型構(gòu)件可以充分利用PVC和FRP兩者的材料優(yōu)勢。FRP環(huán)箍可以對核心混凝粘土提供有效的橫向約束

3、，然后通過PVC管將約束應(yīng)力均勻地分布到混凝土柱。PVC管有一定的剛度，施工時(shí)可作為模板；FRP、PVC兩種材料均有良好的耐久性，故FRP-PVC管對核心混凝土有保護(hù)作用，使其在各種環(huán)境中免受侵蝕[3]。FRP-PVC管混凝土作為一種新興的結(jié)構(gòu)形式，目前的研究大多集中在這種形式短柱靜力性能的試驗(yàn)研究和理論研究，以及耐久性研究。對FRP-PVC管混凝土柱抗震性能的研究在國內(nèi)外鮮見報(bào)道。對該新型結(jié)構(gòu)抗震性能的研究有助于該類結(jié)構(gòu)在工程中的推廣應(yīng)用。相關(guān)試驗(yàn)研究[2,4]表明FRP-PVC管約束可以有效提高混凝土的強(qiáng)度和極限應(yīng)變?；?/p>

4、凝土極限應(yīng)變的提高對抗震性能提高很重要，它使得柱在非彈性變形過程中能達(dá)到更大的延性水平。借助通用有限元軟件ANSYS、ABAQUS等來進(jìn)行組合柱的有限元分析時(shí)，常用方法是用實(shí)體單元模擬混凝土，用實(shí)體單元或殼單元模擬外包鋼或外包FRP等材料，材料之間的界面通過接觸單元模擬。基于實(shí)體單元和殼單元的有限元分析方法，自由度數(shù)量大，計(jì)算和分析較為復(fù)雜[5]，另一種方法是纖維模型法。該方法既能基于合理的基本假定，在一定精度下模擬組合構(gòu)件的力學(xué)性能，并且自由度少，更便于結(jié)構(gòu)整體的受力分析。本文擬采用基于纖維模型的Open5SEES軟件對F

5、RP-PVC管約束混凝土壓彎構(gòu)件的滯回性能進(jìn)行有限元分析，為設(shè)計(jì)和研究FRP-PVC管約束混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。1有限元模型的建立1.1模型簡介OpenSEES（OpenSystemforEarthquakeEngineeringSimulation，開源的地震工程模擬系統(tǒng)）軟件主要用于分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)，其功能包括線性分析，靜力和動力非線性分析，特征值計(jì)算等功能[6]。本文數(shù)值模擬采用OpenSEES中的非線性梁柱單元（nonlinearbeamcolumn）。此單元是基于纖維模型的非線性單元，可應(yīng)用于

6、桿系結(jié)構(gòu)的靜力與動力非線性分析并考慮P-Delta效應(yīng)。采用OpenSEES軟件作為仿真平臺來對FRP-PVC管鋼筋混凝土圓柱進(jìn)行滯回模擬?；贠penSEES中的纖維模型進(jìn)行建模，采用半柱高懸臂柱模型，選用nonlinearbeamcolumn單元，沿半柱高分布6個(gè)上述單元，再將纖維截面的特性賦予上述所有單元。建立纖維模型時(shí)，沒有對FRP-PVC外包管進(jìn)行建模，而是在建立核心約束混凝土本構(gòu)關(guān)系的時(shí)候考慮了外包管對核心混凝土的約束效應(yīng)。FRP-PVC管鋼筋混凝土圓柱單元?jiǎng)澐旨袄w維截面組成如圖1所示。1.2材料的滯回本構(gòu)模型鋼

7、筋本構(gòu)關(guān)系采用可考慮等向應(yīng)變強(qiáng)化的Giuffré-5Menegotto-Pinto本構(gòu)模型[7]，該模型與鋼筋反復(fù)加載試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。建模時(shí)，采用Steel02描述，屈服強(qiáng)度及彈性模量按材料試驗(yàn)結(jié)果取值，鋼筋強(qiáng)化系數(shù)取0.05?；炷帘緲?gòu)采用OpenSEES中的ConfinedConcrete01描述，具體應(yīng)用時(shí)先根據(jù)BGL模型[8]計(jì)算箍筋和FRP條帶包裹PVC外包管雙重約束作用下的橫向約束應(yīng)力fr。(1)式中，εz為柱軸向壓應(yīng)變；v為混凝土泊松比；Re為柱圓截面半徑；tm為FRP包裹厚度；bm為FRP條帶寬度；Sm為F

8、RP條帶間距。Ec、Em、Es為材料彈性模量，下標(biāo)c代表混凝土、m代表外包FRP、s代表鋼筋。再根據(jù)計(jì)算得到的橫向約束應(yīng)力，采用Attard和Setunge等人提出的約束混凝土本構(gòu)模型[9]計(jì)算得到混凝土應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)模型。(2)式中，；；且X≥0，Y≤1；A、B、C、D為方程中根據(jù)相關(guān)特