FRP管混凝土柱低周反复荷载下抗震性能研究.doc

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1、GFRP管混凝土柱低周反复荷载下抗震性能研究周岩，张金源（大庆石化公司矿区服务事业部，黑龙江大庆163714）摘要：应用有限元分析软件ANSYS，对GFRP管混凝土柱在低周反复荷载下的滞回性能进行分析，确定了影响FRP管滞回性能的因素，得出试件的骨架曲线，分析了试件的延性性能和刚度退化的情况。关键词：FRP管；混凝土柱；抗震；骨架曲线目前对于GFPR试件在低周往复荷载作用下的抗震性能的研究较少。文中通过有限元分析软件ANSYS模拟GFRP管混凝土柱在低周反复荷载下的抗震性能[1]。分析在地震作用下的强度、刚度和延性等力学性能的变化规律。以轴压比、长径比为变化参数对GFR

2、P管混凝土柱抗震性能进行分析，得出各柱的骨架曲线，通过对比不同影响因素下的骨架曲线，可以得到各因素对试件抗震性能的影响。1分析模型采用的GFRP管混凝土柱管的外径为210mm，内径为200mm，壁厚为5mm，纤维铺设角度为57.5°。轴压比为0.4，混凝土的立方体抗压强度为31.4MPa，柱的箍筋采用HPB235。纵向钢筋采用HRB335。材料的基本力学性能指标见表1，2。表1钢筋力学性能表材料直径/mm屈服强度/MPa极限强度/MPa弹性模量纵筋12381541200000箍筋8362454210000表2GFRP管的材料力学性能表材料抗拉强度/MPa弹性模量/MPa

3、泊松比GFRP管630246100.5模拟过程中，先在试件顶端施加轴力，并保持不变。然后在试件顶端施加水平方向的低周反复荷载。采用位移控制方式来加载[2]，试件屈服进入塑性阶段后，每1个位移循环3次。应用有限元软件ANSYS对GFRP管混凝土柱的滞回性能进行模拟，模拟计算的骨架曲线与试验的骨架曲线[2]对比，结果见图1和表3。4图1构件验证的骨架曲线表3计算数据与试验结果对比延性系数极限承载力/kN计算值／试验值试验值模拟计算值试验值模拟计算值5.024.9832.9735.991.09-29.57-33.241.12从图1可以看出，在构件达到极限承载力之前，有限元模拟

4、结果与试验结果有着较好的吻合，即有限元分析可以对构件从开始加载到极限承载力阶段进行很好的模拟；由表3可知，有限元分析结果与试验结果的误差在12%以内，即所建立的有限元模型可以对GFRP管混凝土柱的极限承载力进行很好的模拟，可以用于计算分析。3低周反复荷载作用下的抗震性能分析3.1不同长径比（λ）下的骨架曲线分析取D/t=30，n=0.3，0.5，0.7，长径比λ=25，45时的骨架曲线对比分别见图2，3。图2λ=25时的曲线图3λ=45时的曲线由图2，3可以看出，4GFRP管混凝土柱的受力过程经历了弹性、弹塑性和破坏阶段。在轴压比相同的情况下，试件随着长径比的增大，在试

5、件顶部产生同样水平位移的情况下，试件的水平恢复力逐渐降低。试件骨架曲线所围的面积逐渐减小，耗能能力下降，试件的刚度同时降低[3,4]。同时，试件两端可以承受的相对位移逐渐增大，然而滞回曲线变得越来越不饱满，抗震性能降低。3.2不同轴压比（n）下的滞回性能分析取D/t=30，长径比λ=25，35，45，轴压比n=0.5和0.7时的骨架曲线对比分别见图4，5。图4n=0.5时的曲线图5n=0.7时的曲线图4，5表明，GFRP管混凝土柱的受力过程经历了弹性、弹塑性和破坏阶段。长径比一定时，随着试件轴压比n的增大，GFRP管混凝土柱的骨架曲线的强度退化越来越明显。当轴压比增大时

6、，滞回曲线的骨架曲线的高度，即水平恢复力进一步降低，延性退化显著，试件的耗能性能大幅降低，抗震性能降低。3.3试件的延性分析以图3的曲线为例，对试件的延性进行对比，延性系数计算的计算结果见表4。表4试件延性系数对比试件编号屈服位移/mm极限位移/mm延性系数03-45-804.17659.89614.3405-45-804.20338.6419.1907-45-803.89524.6656.33由表4可知，当试件在长细比一定时，随着轴压比的增大，试件的延性越来越低，其中轴压比为0.3的试件的延性系数是轴压比为0.7的试件的2倍多。说明随着轴压比的增大，骨架曲线下降越来越

7、快，试件的抗震性能越来降低，耗能能力越来越差。4结束语（1）当GFRP管混凝土柱的轴压比一定时，试件随着长细比的增大，试件骨架曲线所围的面积逐渐减小，耗能能力下降，试件的刚度同时降低。在试件顶部产生同样水平位移的情况下，试件的水平恢复力逐渐降低。同时，试件两端可以承受的相对位移逐渐增大，抗震性能降低。（2）当GFRP管混凝土柱的长径4比一定时，试件随着轴压比的增大，骨架曲线所围成的面积越来越小，当轴压比为0.3时，滞回曲线的骨架曲线具有很好的延性；当轴压比为0.5的时候，试件的延性降低，且试件在具有同样水平位移的情况下水平恢复力降低，试件