方钢管再生混凝土框架结构的抗震性能研究

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再生混凝土作为一种新型环保建筑材料具有重要的社会效益和经济效益,然而其内部骨料缺陷导致它的力学性能和常规混凝土相比存在一定的差别。钢管再生混凝土利用钢管对再生混凝土的约束作用弥补了再生混凝土的内在缺陷,但是目前对于钢管再生混凝土抗震相关的研究多集中于构件层面,对于钢管再生混凝土框架整体的研究较为鲜见。本文首先研究了再生混凝土基本性能,然后通过利用有限元软件ABAQUS建立方钢管再生混凝土框架结构有限元模型,来研究此类结构抗震性能。具体内容如下:(1)在已有试验缩尺试件KJ-2的基础上,建立了方钢管再生混凝土框架有限元基本模型,研究了结构在反复荷载下的抗震性能,并与试验结果作了对比,以验证有限元方法的准确性。结果表明:有限元方法很好的模拟了结构的滞回性能、骨架曲线、刚度退化、破坏形态及受力过程;框架的塑性铰首先在梁端产生,随着加载的继续进行框架柱在柱根发生屈服,且破坏时节点核心区钢管没有形成屈服面,满足“强柱弱梁”的设计要求。(2)在反复荷载作用下,分别考虑钢管再生混凝土的再生粗骨料取代率、轴压比、钢管内再生混凝土的强度等级、方钢管的屈服强度及钢管的厚度五个系列参数的变化对方钢管再生混凝土框架抗震性能的影响。结果表明:方钢管再生混凝土框架的滞回曲线饱满,破坏时不同模型的等效粘滞阻尼系数均大于0.2,具有良好的耗能能力;随着再生粗骨料取代率的提高,方钢管再生混凝土框架模型的水平承载力及初始刚度均有所降低,但降低的程度不是特别明显,框架的延性系数没有随取代率的变化表现出明显的规律,不同取代率的框架模型位移延性计算值介于3.35~3.43之间,故设计时只需适当予以考虑;轴压比越高,柱脚钢管发生屈服越早,这使得方钢管再生混凝土框架结构的水平承载力及延性退化加快,当柱子的轴压比取0.4~0.5之间时,框架的抗震性能可以得到有效发挥;提高钢管内再生混凝土的强度等级,有益于提高框架的承载力及初始刚度,但与此同时框架的延性及耗能能力却出现退化,因此在实际工程中应综合考虑来设置钢管内再生混凝土的强度等级;随着方钢管钢材屈服强度的提高,方钢管对内填再生混凝土的约束作用增强,使得框架模型的刚度、水平承载力均有明显提升,但框架的延性会变差,故在设计时不宜使用屈服强度过高的钢材;柱钢管厚度的增加可明显提高框架的承载力及刚度,且在一定范围内,框架的延性随着钢管厚度的增加而提高,当钢管厚度超过6mm时,框架的延性又出现降低的趋势,这说明设计时应合理设置柱钢管的厚度。
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