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方钢管混凝土柱累积延性 　　摘 要：为了评估钢管混凝土结构在地震作用下的损坏情况，本文基于累积塑性变形倍率(以下称累积延性)来评价结构的累积耗能能力，分析了加载方式和基础连接方式等参数对钢管混凝土柱的塑性和耗能能力的影响。结果表明：累积延性因加载方式的不同而不同；累积延性受基础连接方式影响较大。 　　关键词：钢管混凝土柱；加载方式；基础连接方式；累积延性 　　中图分类号： TU37文献标识码： A 　　 　　0引言 　　地震是人类生存与发展道路上最严重的自然灾害之一，地震的发生严重威胁着人类的生命及财产安全。通过对震后房屋建筑震害情况的调查分析，结果表明钢管混凝土结构具有优越的抗震性能[1]。钢管和混凝土之间的相互作用，使内填混凝土处于三向应力状态，进而使其承载力提高，并改善了结构的塑性和韧性。为了评估钢管混凝土结构在地震作用下的损坏情况，本文基于徐培蓁[2]提出的累积延性来评价方钢管混凝土柱的累积耗能能力。 　　本文通过ABAQUS有限元分析软件对方钢管混凝土柱在一定轴力下，进行低周反复水平荷载模拟分析，通过改变加载方式、基础连接方式等参数，得到在不同参数控制下，方钢管混凝土柱累积延性的变化规律。 　　1模型的选取 　　1.1材料的性能 　　试验模拟中钢材均采用Q235级钢材，混凝土等级采用C30混凝土。钢材和混凝土的材 　　性试验结果见表1-1。 　　钢材和混凝土的材性试验结果表1-1 　　材料 强度等级 屈服强度 　　（N/mm2） 极限强度 　　（N/mm2） 弹性模量 　　E(MPa) 泊松比 　　钢材 Q235 267.2 350.6 2.1×105 0.3 　　混凝土 C30 23.28 34.87 3.15×104 0.167 　　1.2试件参数 　　为了研究加载方式、基础连接方式等因素对柱累积延性的影响，本文以以上各因素为控制变量，综合分析其在耗能过程中的作用。本文中方钢管混凝土柱的承载力设计的依据为《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28：90）[3]。根据《建筑抗震试验方法规程》（JGJ101-1996）[4]建议，取柱的高度为2000mm。方钢管混凝土柱试件参数如表1-2所示。柱的编号采用基础连接方式-长细比-含钢率方式命名，其中：基础连接方式有两种，即??钢管与基础铰接连接，编号N，钢管与混凝土共同与基础铰接连接，编号M；轴压比为0.6；长细比为30；含钢率为0.16编号A。 　　 方钢管混凝土柱试件参数表1-2 　　编号 截面尺寸D/t(mm) 承载力 　　N（kN） 轴力 　　N0（kN） 压力(MPa) 　　N-30-A 231/9.5 3324 1994 37 　　M-30-A 231/9.5 3324 1994 37 　　1.3加载制度 　　地震作用下结构的往复振动既不是逐级增大，也不是等位移幅值振动，具有很大的不确定性。为了考察加载路径对钢管混凝土柱的累积延性的影响，本文基于文献[5]提出的有效累积滞回耗能原理，从图1-1所示采用Takemura[6]试验加载制度进行模拟分析。 　　 　　（a）加载制度I (b)加载制度II（c）加载制度III 　　图1-1 试验加载制度 　　 　　图1-2 基础形式Ⅰ图1-3基础形式Ⅱ 　　2模拟试验结果 　　2.1ABAQUS中方钢管混凝土柱模型 　　本文为了达到CFT柱在实际工作中的套箍作用，主要是使用其中的interaction模块定义方钢管和混凝土柱之间的接触作用，在接触性质（interaction property）中选取penalty公式，摩擦系数取0.6，并且在材料本构关系中，钢材本构仍采用三折线模型，混凝土本构则考虑钢管的套箍作用输入有钢管约束的本构。边界条件的模拟见图1-2~1-3。 　　2.2承载力-位移关系曲线 　　经ABAQUS有限元分析软件的分析，得到相应试件在不同加载方式及不同基础连接方式下各试件的屈服荷载、极限荷载、屈服位移和极限位移，见表2-1所示。其中各试件的承载力-位移关系曲线如下图2-1所示，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ指加载制度。 　　极限荷载及屈服荷载表2-1 　　编号 屈服荷载 　　Py(kN) 极限荷载 　　Pu(kN) 屈服位移 　　(mm) 极限位移 　　(mm) 　　N-30-A 248.1 284.7 12.8 30.6 　　M-30-A 256.1 305.3 13.9 60.6 　　 　　图2-1 方钢管混凝土柱的力-位移滞回曲线 　　 　　3结果分析 　　结构的抗震性能主要取决于构件耗能的能力，当结构处于地震能量场内时，地震能量输入结构，结构主要靠结构弹塑性阶段持续地吸收和耗散能量。累积滞回耗能