影响钢管混凝土翼墙加固柱受力性能参数分析

龙秋颖　张庚彪　张东举

【摘要】为了能进一步增强翼墙加固柱的锚固效果，本文利用有限元软件ABAQUS对钢管混凝土加固柱建立了4组共12个试件的有限元模型，分析了试件所受的轴压比参数对构件加固受力性能的影响。滞回曲线骨架曲线得出，滞回曲线比较饱满，在轴压比不同的条件下当n=0.7时的荷载值最大为Fmax=987KN。表明随着轴压比的增大构件的极限承载力也增大，构件的延性降低.

【关键词】钢管混凝土加固柱，有限元模型，ABAQUS，延性，轴压比，翼缘长度，钢管厚度

0 引言：

随着建筑行业的发展，翼墙加固方法也引用到了建筑结构中，翼墙能够很好提高构件的抗侧移能力，放置在柱子的两侧或者一侧和柱子形成一个新的整体，共同承担荷载，增加了柱子的抗震性能[1]。在地震的作用下翼墙先于框架柱破坏，起到了很好的保护框架柱的作用，增大了整体结构的延性和耗能能力。

翼墙加固法具有加固效果非常的显著、施工方便、造价低等优点，本文在上述实验的基础上进一步考虑了影响钢管混凝土翼墙加固柱受力性能的几个参数。利用有限元软件ABAQUS通过对比分析法，得出参数对加固柱受力性能的影响。

1试件设计和材料力学性能

1.1试件设计

本文模拟中选取如下模型作为研究对象：混凝土柱尺寸为500×500mm，柱高为1.8m，纵向钢筋为12B16，箍筋为B8@ 200mm，底端加密箍筋为B8@100mm，两侧的翼墙为钢管混凝土，用钢套箍将钢管混凝土翼墙端部与钢筋混凝土柱固结在一起，其它部位无连接，钢套箍为高度为300mm，厚度为5mm。其中一个构件的截面如图5.1所示。

构件组的尺寸如表1所示。其中L（mm）表示钢筋混凝土柱的长，B（mm）表示钢筋混凝土柱的宽；l（mm）表示钢管混凝土翼墙的长度，b（mm）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。

1.2材料力学性能

本文混凝土采用 C30，纵向受力钢筋和箍筋均采用HRB335级钢材，钢管采用Q345的钢材。

2利用ABAQUS对加固柱进行模拟分析

2.1模型建立

在本模拟中，混凝土翼墙和混凝土柱以及钢管三个部件均釆用8节点线性减缩积分式单元（C3D8R），纵向钢筋和水平箍筋采用两节点线性减缩积分式三维桁架单元（T3D2）[3]。

2.2定义相互作用

为了能够很好的拟钢管和混凝土之间的相互作用，本文认为钢管和混凝土之间满足下面几个条件[4-5]：（1）钢管和混凝土不可相互侵入；（2）接触力的法向分量只能是压力；（3）接触面的切向存在摩擦。钢管单元为主面，混凝土单元为从面，钢管和混凝土之间允许小滑移，摩擦系数为0.6，法向设定为硬接触，允许主、从面分离。

2.3施加边界条件与荷载

结合工程实际我们取框架柱中反弯点到固定端的部分作为研究对象，所以本文模拟中模型一端为自由端，另一端为固定端。

3管混凝土翼墙加固柱模拟结果分析

本文利用ABAQUS软件对三组构件，共6个有限元模型分别进行低周反复荷载作用下的模拟，这三组构件分别采用了轴压比不同其余变量相同和翼缘长度不同其余变量相同的原则进行对比分析，现选出其中几组进行分析。

3.1轴压比对构件的影响

通过对构件进行模拟分析，分别提取了加固柱的滞回曲线和骨架曲线，钢管混凝土翼墙中钢管厚度为7mm时，轴压比分别为0.3、0.5的加固构件的滞回曲线、骨架曲线图所示。

如图可知滞回曲线的形状比较饱满，当n=0.3时，构件受到的最大荷载值Fmax=723KN；n=0.5时，Fmax=881KN；n=0.7时，Fmax=987KN；在加载后期，骨架曲线出现下降趋势；随着轴压比的增大，曲线的下降斜率也越大；

本文利用有限元软件ABAQUS对建立的6个加固模型进行了模拟分析，并提取了它们的滞回曲线和骨架曲线。对其曲线进行了整理和分析得到以下结论：

（1）利用有限元软件ABAQUS轴压比、为参数建立的6个钢管混凝土翼墙加固钢筋混凝土柱模型进行分析，从滞回曲线和骨架曲线上可知，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。

（2）通过对轴压比不同的几组加固构件的有限元模拟分析结果看出，随着轴压比的增加，加固柱的极限承载力增大。加载过程中随着加载位移的增大，钢管混凝土翼墙加固柱水平承载力有所下降，说明轴压比越大加固柱的延性越低。

参考文献

[1] 林树枝，袁兴仁.翼墙加固单跨框架抗震性能研究[J]. 工程抗震与加固改造，2011（01）

[2] 刘威.钢管混凝土局部受压时的工作机理研究[D].福州大学博士论文，2005

[3] Harada T.，Takeda，J.，Yamane，S.and Furumura，S.Strength.Elasticity and thermal properties of concretesubjected to elevated temperatures. International seminar on concreteforreactors，SCISP-34，Detroit.1992：377-406

[4] 景悅.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] 许哲.预制翼墙及钢桁架加固钢筋混凝土框架试验研究[D]. 沈阳建筑大学硕士论文，2012

作者简介：

龙秋颖（1990—），女，汉族，黑龙江省富锦市人，职务：学生，学历：研究生，研究方向为结构加固。

张庚彪（1988—），男，汉族，山东省菏泽市人，职务：绘图员，学历：研究生，研究方向为结构加固。

张东举（1990—），男，汉族，河南省平顶山市人，职务：学生，学历：研究生，研究方向为结构加固。