h型钢混凝土柱复合受扭性能试验分析与有限元数值模拟-experimental analysis and finite element numerical simulation of composite torsional behavior of h - shaped steel reinforced concrete columns.docx

摘要型钢混凝土(Reinforced Steel Concrete,简称 SRC)不规则结构中的角柱，在水平 地震作用下受到扭转作用，构件往往处于压（或拉）弯剪复合受扭状态，受力机理 比较复杂。此类构件的承载力与常规的压（或拉）弯剪构件相比较低，降低了结构 整的体可靠度。目前国内两部型钢混凝土结构规程均未给出 SRC 构件的受扭承载力 计算公式及相应设计方法。国外除日本规范按叠加法计算外其余各国规范均很少涉 及 SRC 构件受扭计算，基于上述研究现状，本文采用试验研究、理论分析与有限元 数值模拟相结合的研究方法，对 H 型钢混凝土柱复合受扭展开以下研究工作：1、进行了六根 H 型钢混凝土柱在低周反复荷载作用下的复合受扭试验，以轴 压比、扭弯比、混凝土强度等级、配箍率、配钢率为研究参数，获得了型钢混凝土 柱在低周反复扭矩作用下的破坏特征，裂缝发展与分布规律。根据试验现象和试验 扭矩-扭率曲线得出开裂扭矩、屈服扭矩、极限扭矩，并分析 H 型钢混凝土柱的受 力机理和变形性能。2、针对试验得出的扭矩-扭率滞回曲线，分析各研究参数对试件复合受扭滞回 性能、骨架曲线、延性、同一级位移荷载下的强度衰减、耗能能力及后期刚度退化 的影响，分析 H 型钢混凝土柱在低周反复荷载下的复合受扭抗震性能。3、利用 Abaqus 有限元分析软件对试验构件进行全过程仿真模拟，数值计算结果与试验结果基本相符，进一步论证了有限元分析方法的可行性。同时，在试验模 型原有参数的基础上，通过扩大研究参数的取值范围，分析不同研究参数取值对扭 矩-扭率曲线的影响规律，并结合试验现象分析 H 型钢混凝土柱受扭工作机理。4、在试验研究基础上，依据第一强度理论取柱身中性轴处应力单元分析，根据主拉应力达到混凝土抗拉强度认为试件开裂原则，不考虑弯曲正应力的影响。利用 本次试验中扭矩与剪力相关性，推导型钢混凝土复合受扭开裂扭矩。在变角空间桁 架模型基础上，采用叠加法计算型钢混凝土复合受扭极限承载力。对比计算值与实 测值对比发现，理论计算结果偏于保守。5、对分析成果进行适当总结，并对试验及分析过程中存在的问题及后续研究提 出建议。关键词：型钢混凝土柱，复合受扭，ABAQUS，滞回特性，抗震性能 基金项目：国家自然科学基金、江苏省企业研究生工作站（苏州二建建 筑集团有限公司）AbstractThe corner column of irregular steel reinforced structure subject to torsion effect under horizontal earthquake action. Such members are always in the state of axial press (or pull), bending, shear and combined torsion, the forced mechanism is more complex. The bearing capacity of such component is lower than the normal components under axial press, gone bend, shear state. And it reduces the reliability of the whole structure. At present domestic two rules of steel reinforced concrete structure has not given the bearing capacity calculation formula of SRC member under torsion and corresponding design method. In addition to the Japanese specification use the superposition method to calculate the bearing capacity of torsion, the rest countries’ specifications rarely involve torsional calculation of SRC members. Based on the current research status, in this paper, experimental study and finite element numerical analysis are adopt as the research methods and the main research work and achievements