钢管混凝土翼墙加固混凝土柱受力性能分析

摘要：我国经济正处在迅速发展时期，为了保证各类工程结构的安全性、适用性和耐久性，必须贯彻“百年大计，质量第一”的方针。但是由于建造阶段可能发生的设计疏忽和施工失误，正常使用阶段可能出现的自然和人文灾害以及建筑材料的老化，产生了各种风险。因此需要对建筑物进行补强加固。而钢管混凝土翼墙加固是一种新兴的加固方法，增设翼墙能提高混凝土的刚度、极限承载力和耗能能力等。本文通过对加固模型进行Abaqus有限元分析来验证这种方法的可行性。

关键词：翼墙；钢管混凝土；Abaqus有限元；加固

0引言

近年来，我国频繁发生地震灾害，比如2008年，汶川大地震；2010年，青海玉树大地震；2013年，四川的芦山县大地震；2014年，新疆省于田大地震，我们对现有建筑结构的抗震性能提出了更高的要求。很多建筑物和构筑物在我们的长期使用中会出现各种各样的问题，如承载力不足、地基沉降、出现裂缝等[1]。为了能够正常使用，防止结构出现严重的损害，给人们带来财产、精神和生命上的危害，应该对建筑物及时的进行可靠度鉴定，并采取相应的措施对建筑物进行加固维修。钢筋混凝土框架结构加固的方法主要包括：外包钢法、粘贴纤维复合材料加固法、粘钢加固法、增大截面法、增设翼墙加固等[2]。本文将通过Abaqus非线性有限元模拟来探究钢管混凝土翼墙的受力性能。

1构件尺寸及模型建立

1.1构件的尺寸

本文模拟中选取如下的模型作为研究对象：混凝土柱尺寸500×500mm，柱高1.8m，纵向钢筋12B16，箍筋B8@ 200mm，底端加密箍筋B8@100mm（B为钢筋直径），两侧的翼墙为钢管混凝土翼墙，用钢套箍将钢管混凝土翼墙的端部与钢筋混凝土柱固结在一起，其它部位没有连接，钢套箍为高度300mm，厚度为5mm。其中的一个构件的截面如图1.1所示。

图1.1 构件的截面尺寸

有限元数值模拟分别以钢管的厚度为参变量，对不同组的构件分别进行低周反复荷载作用下的模拟。其中L表示钢筋混凝土柱的长，B表示钢筋混凝土柱的宽；l表示钢管混凝土翼墙的长度，b表示钢管混凝土翼墙的厚度；n表示轴压比；t表示钢管的厚度。构件尺寸如表1.1。

表1.1 钢管混凝土翼墙加固构件模拟试件表

试件编号 L（mm） ×B（mm） l（mm） ×b（mm） n t（mm）

JGZ-1 500×500 300×200 0.5 3

JGZ-2 500×500 300×200 0.5 5

JGZ-3 500×500 300×200 0.5 7

1.2模型的建立

运用创建部命令件创建混凝土柱、混凝土翼墙、钢管、纵筋和箍筋各部件，其中混凝土柱、 混凝翼墙和钢管为实体单元，而纵筋和箍筋为桁架单元。如图1.2所示。

图1.2 模型建立

2不同试件的有限元分析

2.1试件的滞回曲线

在轴压比0.5时，翼墙中钢管的厚度为3mm、5mm、7mm的钢管混凝土翼墙加固柱的构件滞回曲线如图2.1所示。

图2.1 JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3滞回曲线

从图2.1能够看出，在这组模拟中任何一个滞回曲线形状都表现为比较饱满的梭形，这反映了钢管混凝土翼墙加固钢筋混凝土柱具有良好的耗能能力以及抗震性能[3]。

从这组的滞回曲线可以看出，钢管厚度t=7mm的加固构件的滞回曲线的峰值最大，t=3mm的加固构件滞回曲线峰值最小，说明钢管厚度越大钢管混凝土翼墙加固柱的极限承载力越大。随着加载的继续进行，滞回曲环的峰值出现了下降，不同钢管厚度下降的趋势也不同，钢管厚度为3mm的加固柱下降趋势比钢管厚度为7mm的加固柱下降趋势大，说明随着钢管厚度的增大钢管混凝土翼墙加固柱的延性增加[4]。

2.2试件的骨架曲线

在轴压比为0.5时，翼墙中钢管厚度为3mm、5mm、7mm的钢管混凝土翼墙加固柱的构件骨架曲线如下图2.2所示。

图2.2JGZ-1、JGZ-2、JGZ-3骨架曲线

从图2.2可以看出，钢管混凝土翼墙中钢管厚度为7mm时加固构件的极限承载力值最大，钢管厚度为5mm次之，钢管厚度为3mm最小，说明了随着钢管厚度的增加钢管混凝土翼墙加固柱的极限承载力增大。

在骨架曲线的前期弹性阶段，钢管厚度为7mm的钢管混凝土翼墙加固的钢筋混凝土柱的斜率最大，说明随着钢管厚度的增加构件的弹性阶段的刚度增大，加载后期骨架曲线均有一段保持水平，表现出钢管混凝土翼墙加固柱具有良好的塑性性能；随着荷载继续加载，骨架曲线出现下降趋势，说明钢管混凝土加固钢筋混凝土柱的延性降低；钢管厚度为3mm的加固构件下降趋势大于钢管厚度为7mm的加固构件，说明了钢管厚度越大加固构件的延性越好[5]。

3结论

利用有限元软件ABAQUS以钢管厚度为参数建立的3个钢管混凝土翼墻加固钢筋混凝土柱模型，并进行了模拟分析，从提取的滞回曲线和骨架曲线上可以看出，钢管混凝土翼墙加固柱均具有较好的耗能能力及抗震性能。钢管厚度增加则构件的极限承载力增大，刚度增大，耗能能力良好。由于篇幅有限有些参变量没有考虑进来，在以后的研究中将重点关注。

参考文献

[1] 魏闯.增设翼墙加固功能混凝土柱受力性能研究[D]沈阳建筑大学硕士论文，2011

[2] 柳炳康，吴胜兴，周安.工程结构鉴定与加固[M].北京：中国建筑工业出版社，2008

[3] 张心令，王财全，刘洁平. 翼墙加固方法对框架结构抗震性能的影响分析[J].土木工程学报，2012

[4] 景悦.方钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析[D].河北工业大学学位论文，2008

[5] 孙修礼，梁书亭.钢管混凝土框架骨架曲线研究[J].地震工程与工程振动，2007

作者简介：宋成建（1989--），男？，山东菏泽人，结构工程专业，在读硕士