变轴力下钢筋混凝土柱的抗震性能分析(2)

变轴力下钢筋混凝土柱的抗震性能分析

析模型预测不同受力形式下的RC柱的准确性。然后，利用本文模型和分析程序对文献[10]中的一根RC压弯柱进行了不同形式变轴力下水平往复加载的滞回性能分析，其中非耦合型变轴力变化模式来源于RC框架在不同地震波下的动力分析结果。计算结果表明，轴力的变化对往复荷载下RC柱的受力性能有重大影响。由于非耦合型变轴力变化过程的随机性，本文提出了等代定轴力的概念及其确定方法。

2 数值分析模型及其验证

对于纤维模型的杆件单元，其截面被划分若干个纤维，每个纤维均为单轴受力，并用其单轴应力应变关系来描述该纤维材料的特性，纤维间的变形协调则采用平截面假定。

混凝土单调受压加载包络线选取Légeron&Paultre模型[11]；单调受拉加载包络线采用江见鲸模型[12]；加卸载本构考虑混凝土的刚度退化及滞回行为，并模拟拉压过渡区。混凝土本构模型如图1(a)所示。钢筋本构可描述拉压等强的具有屈服台阶的普通钢筋和拉压不等强的没有屈服台阶的高强钢筋或钢绞线，如图1(b)所示，其中，单调加载包络线采用Esmaeily&Xiao模型[7]，卸载曲线为直线，再加载曲线选用Légeron等模型[13]。

(a) 混凝土本构

(a) Constitutive model of concrete (b) 钢筋本构（普通钢筋与硬钢或钢绞线） (b) Constitutive model of steel

图1 材料本构

Fig.1 Constitutive model of materials

将所编制的材料本构模型，通过Ubeam用户子程序接口嵌入通用有限元分析软件MSC.MARC[8][9]，采用位移或荷载增量加载法，实现钢筋混凝土杆系结构或构件在复杂受力状态下的非线性计算分析。

采用本文数值分析模型，先对文献[10]的定轴力RC压弯柱试件YW0进行了数值模拟，计算结果见图2(a)；再对文献[1]的变轴力RC压弯柱试件C8进行了模拟计算，计算结果见图2(b)。由图可见，数值分析模型的预测结果良好，表明本文基于纤维模型开发的RC结构非线性数值分析方法和程序，可以准确用于定轴力及变轴力下RC柱滞回性能的模拟。

(b) Simulation vs. test of C8 (a) 试件YW0计算结果与试验结果对比 (a) Simulation vs. test of YW0 (b) 试件C8计算结果与试验结果对比

图2 试件计算结果与试验结果的对比

Fig.2 Comparison between simulation and test result of specimens

3 变轴力下RC柱滞回性能的数值分析

文献[10]的RC压弯柱试件YW0的配筋率为1.29%，轴压比为0.44，是高层建筑框架柱