y型偏心钢支撑加固弱柱rc框架结构的滞回性能模拟及参数分析

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1、第26卷第4期苏州科技学院学报(工程技术版)Vo1．26No．42013年12月JournalofSuzhouUniversityofScienceandTechnology(EngineeringandTechnology)Dec．2013Y型偏心钢支撑加固弱柱RC框架结构的滞回性能模拟及参数分析施宇，于安林，顾建业(苏州科技学院江苏省结构工程重点实验室，江苏苏州215011)摘要：为了系统研究Y型钢支撑加固RC框架的滞回性能，采用通用有限元程序ABAQUS对试验试件RCF—YB2进行了模拟验证。在此基础上，系统分析了低周往复荷载作用下框架柱截面、框架柱纵筋配筋

2、率及框架柱配箍率对此类加固结构的滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力的影响。研究结果表明，框架柱截面对结构的水平承载力、抗侧刚度、耗能影响显著；框架柱纵筋配筋对结构的水平承载力、抗侧刚度、耗能影响较小；框架柱配箍率对结构的水平承载力、抗侧刚度、耗能能力影响可忽略。关键词：Y型偏心钢支撑；RC框架；抗震加固；滞回性能；数值模拟中图分类号：TU398．2文献标识码：A文章编号：1672一O679(2叭3)04-0035-05RC框架中增设钢支撑可大幅度提高框架的水平承载能力，增大结构的抗侧刚度及改善结构的耗能能力，因而，在工程加固领域有广泛的应用前景[1-31。Y

3、型偏心支撑的耗能梁段具有承载力高、耗能能力强、易于更换等优点，相关研究主要集中在Y型偏心支撑钢框架结构的抗震性能等方面。采用Y型偏心钢支撑加固RC框架的相关研究相对较少，尚未成熟。为此，本文系统研究Y型偏心钢支撑加固RC框架的抗震性能，重点分析了弱柱框架采用Y型偏心支撑加固后的滞回性能。文中以RCF-YB2试件为BASE试件，采用通用有限元程序ABAQUS对该试验试件进行了理论分析，再此基础上，通过改变框架柱的相关设计参数，进行了系统的数值模拟，进一步揭示了采用Y型偏心钢支撑加固RC框架的水平承载力，抗侧刚度及耗能能力，为实际工程应用提供依据。1有限元模型的建立1

4、．1试验试件选用试验试件RCF—YB2作为本文分析的BASE试件。试件RCF-YB2的混凝土框架柱为弱柱，并不满足《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)的强柱弱梁设计原则，框架梁截面为120mmx200mm，纵筋配筋率1．02％，加密区箍筋为~6@50，非加密区箍筋采用~6@100。混凝土楼板厚度为50mm，采用(a)试件几何尺寸双层双向~4@100铅丝。框架柱截面为150mmx150mm，4根直径14mm的HRB335级别钢筋，配筋率为1．36％，加密区箍筋为~6@50，非加密区箍筋采用~6@100。混凝土强度为C30，保护层厚度为15mm。耗能梁段和

5、斜撑的截面均为H100mmxl00mmx6mm~8mm，耗能梁段长度250mm。RC框架梁与耗能梁段通过U形外包钢连接，U型外包钢侧板为楔形，与耗能梁段底板采用高上强螺栓连接，侧板厚度为14mm，底板尺寸为210mmx290mm，厚度为14mm。钢材强度等级为Q235B。图1为试件几何尺寸及配筋。(b)RC框架配筋图图1试件几何尺寸及配筋【收稿日期】2013-04-23【基金项目】国家自然科学基金项目(51078248)[作者简介】施宇(1988-)，男，江苏高邮人，硕士研究生。苏州科技学院学报(工程技术版20131．2有限元模型采用通用有限元程序ABAQUS对试

6、件进行了数值模拟分析。包钢、混凝土均采用C3D8R实体单元模拟，钢筋采用三维桁架单元T3D2模拟，耗能梁段和斜撑部分均采用双曲四节点薄壳单元S4R。钢支撑与混凝土采用分离式方法建立，通过Tie命令与混凝土部分区域进行连接；钢筋与混凝土亦采用分离式方法建立，通过Embed命令嵌入至混凝土中。图2为Y型钢支撑加固RC框架的有限元模型。1．3混凝土本构模型混凝土采用塑性损伤模型(DamagedPlasticityMode1)[，并引入损伤因子用于反映混凝土在加载、卸载过程中的裂面效应[91。其中，文中所采用的混凝土压、拉应力与塑性应变关系曲线见图3。1．4钢材及钢筋本构

7、模型有限元模型中钢材及钢筋均采用双线性模型，并采用考虑钢材包辛格效应的随动强化模型，钢材及钢筋的应力一应变关系曲线见图4。6J一、、、嘲—，—，：!／／l-d】E。、＼、、～lE／；7／‘——一—————一D—————一图2试件有限元模型图3单轴循环荷载下混凝土应力一应变关系曲线图4钢材及钢筋应力一应变关系曲线2计算结果与分析2．1滞回曲线滞回曲线可以全面反映结构的滞回性能，包括承载力、刚度退化特征、变形和耗能能力。图5为BASE试件的有限元模拟滞回曲线与试验滞回曲线的对比。。}¨{由图5可知，有限元的荷载一位移曲线同试验曲线吻合得较好。有限元模拟的一初期、中期承

8、载力及刚度