基于ABAQUS的高强钢筋混凝土柱数值模拟及抗震性能分析

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柱作为建筑结构中主要的承重构件之一,地震中若发生损坏会给整个建筑物造成重大的安全隐患。传统建筑物柱构件采用普通钢筋作为受力筋,在荷载较大时会造成设计出的柱构件截面较大,影响建筑物美观和使用空间的同时,也消耗了过多的钢筋,影响施工进度和柱构件的质量。配置高强钢筋,不仅可以提高柱的承载力减小柱截面尺寸而且能减少钢筋的消耗量降低建筑物的造价。本文对高强钢筋混凝土柱的抗震性能进行综合分析并为推广其在工程实际中的应用提供理论依据。文中设计了十二根钢筋混凝土柱,利用ABAQUS软件对其在水平反复荷载作用下进行数值模拟分析,并与钢筋混凝土试验柱典型破坏形态进行对比,比较不同轴压比、纵筋强度、箍筋间距、混凝土强度等级、箍筋形式以及箍筋强度对柱构件破坏形态、承载力、延性性能、刚度退化和耗能能力的影响。并对比分析在同等条件下,配置高强钢筋与配置普通钢筋混凝土柱抗震性能的差别。研究表明配置高强钢筋可改善柱构件的滞回性能、延性性能和耗能能力;与普通钢筋混凝土柱相比,纵筋和箍筋均采用高强钢筋时,滞回性能和延性性能更佳,同时可提高柱构件的极限承载力。配置高强箍筋时,提高箍筋对核心混凝土的约束作用,可显著提高其滞回性能、延性性能和耗能能力,对柱的承载力也有所提高。与普通钢筋混凝土柱相比,采用高强钢筋对柱的破坏模式影响较小但柱在破坏时,累积残余变形值更大。为了使模拟分析结果更加精确,文中通过调用PQ-Fibe中的USTEEL02子程序来模拟钢筋混凝土界面的粘结滑移并考虑了ABAQUS软件中的滞回规则,推导出了适用于ABAQUS软件计算的混凝土损伤因子计算公式。对钢筋和混凝土本构的选取、单元选取、网格划分、加载制度以及破坏准则的确定进行详细论述和验证。在验证的基础上,对高强钢筋混凝土柱的抗震性能开展数值模拟分析。
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