不同加载路径对钢筋混凝土L形柱抗震性能的影响

　摘要：为了进一步探讨复杂加载路径下钢筋混凝土L形柱的受力性能，采用基于有限单元柔度法纤维模型梁柱单元，对忽略剪切和扭转影响的钢筋混凝土L形柱在不同加载路径下的抗震性能进行了计算机模拟分析，研究了不同加载路径对钢筋混凝土L形柱承载力、延性、累积滞回耗能等的影响。结果表明，现有钢筋混凝土L形柱抗震性能评定方法应作适当调整，以考虑加载路径对评定结果的影响。

关键词：钢筋混凝土柱加载路径抗震性能

1．引言

目前国内外对钢筋混凝土框架柱在双向任意加载路径下的受力性能已有一定的研究[1-3]，但仅限于对普通矩形柱的研究，对L形柱的研究也只限于沿某一工程轴或斜向加载下的受力性能上[4－7]。这与目前可进行多维拟静力试验的设备、设施较少，特别是试验加载控制较为困难，没有相应的多维加载控制软件有关[1]。由于现有钢筋混凝土L形柱抗震性能的评定主要是建立在沿某一工程轴这一特定的加载路径的试验研究基础之上，为建立和完善钢筋混凝土异形柱抗震性能的评定方法，提供必要的理论依据，有必要对钢筋混凝土L形柱在不同双轴加载路径下的受力性能进行研究。

考虑到目前进行钢筋混凝土L形柱多维拟静力加载试验存在困难，本文采用可同时考虑轴力－双轴弯矩相互耦合作用和刚度退化的纤维模型，编制了相应的非线性分析程序，对钢筋混凝土L形柱在不同加载路径下的受力性能进行了计算机模拟分析，比较了单轴受力和双轴受力时L形柱受力性能的差异，研究了不同加载路径对钢筋混凝土L形柱承载力、延性、累积滞回耗能等的影响。
2．钢筋混凝土L形柱非线性分析

2.1计算模型

本文采用基于纤维模型梁柱单元编制的非线性分析程序对不同加载路径下的钢筋混凝土L形柱进行非线性分析，其分析效率和精度已在构件层次和结构层次上分别进行了验证[8-10]。纤维模型将梁柱单元截面离散化为若干纤维，并在假定整个正截面符合平截面假定的同时，假定每根纤维处于单轴应力状态，再根据相应纤维材料的单轴应力－应变关系便可计算截面在多轴加载条件下的复杂恢复力关系。可通过对纤维材料的单轴应力－应变关系的适当修正来考虑箍筋横向约束影响。在此基础上依据有限单元柔度法理论来建立梁柱单元刚度矩阵,避免了传统刚度法理论由于采用单元位移形函数的假定所引起的单元内力分布的准确性问题，对于处理结构或构件进入软化段的材料和几何双重非线性问题，具有很好的效果[10]。有关梁柱单元的形成、单元和截面状态的确定等具体内容，详见文献[10]。

本文中的钢筋模型选用最初由Menegotto和Pinto(1973)所建议后经Filippou等人修改以考虑等向应变硬化影响的双线型本构模型[11]，如图1。对于混凝土，采用Scott等人扩展后的Kent-Park模型，如图2所示。通过修改素混凝土(无约束混凝土)受压骨架线应变软化段斜率来考虑箍筋对混凝土的约束影响。

2.2计算参数及加载规则

本文对5根轴压比均为0.2，且有相同尺寸和配筋的钢筋混凝土L形柱在不同加载路径下的抗震性能进行了研究。各构件的混凝土强度等级均为C30，混凝土保护层厚30mm，纵筋强度fy取值为388N/mm2，箍筋强度fyv取值为272N/mm2，弹性模量Es取值为2.0×10MPa，E‘取0.1Es，k为考虑箍筋约束所引起的混凝土强度增加系数。混凝土模型参数见表1。由于纤维模型目前尚不能考虑扭转、剪切的影响，本文构件剪跨比均设计为H/h＝3.5，较实际工程应用有所偏高以保证模拟分析结果的足够准确性[12]，同时在进行加载时水平荷载作用点通过截面弯心，即不考虑实际可能同时出现的扭转影响。构件尺寸和配筋如图3。

本文采用位移控制的加载方式，共选用了5种路径，如图4所示。以RC-0作为对比的基准，RC-1~RC-4分别代表x与y轴位移同向、同步、同幅；同步、同幅但不同向；不同步、不同幅但能同时达到各自峰值；不同步、不同幅、不能同时达到各自峰值的四种加载路径，以考察对钢筋混凝土L形柱抗震性能评定结果的影响。由于钢筋混凝土L形柱在复杂加载路径下的屈服位移的确定目前仍未有较为一致的规定，为便于与当前钢筋混凝土L形柱抗震性能评定方式比较，即本文RC-0加载规则，按此规则以受拉边钢筋首次屈服相应的柱顶位移作为本文的基本位移统一进行加载，并且正反向相同，经计算该基本位移值约为9mm；x、y分别表示两个垂直的工程轴方向，除RC-1、RC-2柱x、y方向均按9mm施加相同位移外，其余双轴加载构件RC-3、RC-4都是先加x向的位移，随后加y向的位移。x方向加载过程为：第一次幅值为9mm，循环3圈，然后增加9mm的幅值，循环3圈，如此 进行；x方向与y方向的幅值比为5：4。

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