基于OpenSees 的不銹鋼鋼筋混凝土柱擬靜力實驗數值分析

王長偉 （佛山順德建筑設計院有限公司，廣東 佛山 528000）

0 引 言

在地震中結構承受反復荷載作用，部分結構構件超過彈性處于塑性工作狀態，鋼筋混凝土結構的內力和變形達到結構極限承載能力而遭受破損。不銹鋼鋼筋混凝土以其優良的抗腐蝕性在橋梁及近海工程中應用具有巨大潛力，所以對其抗震性能的研究很有必要。本文采用OpenSee分析不銹鋼鋼筋混凝土柱的滯回性能，結合實驗結果分析數值模型，為進一步研究其構件彈塑性性能提供依據。

1 不銹鋼鋼筋混凝土柱擬靜力試驗

設計3根不銹鋼鋼筋混凝土試件[1]，分別從變化軸壓比和配箍率進行對比試驗，試件尺寸及配筋如表1所示。試驗采用壓彎擬靜力試驗方法，恒定的軸壓力作用于柱子豎向中和軸處，水平荷載作用于柱頭中心；水平荷載采用荷載-位移混合加載方法逐級加載，即試件屈服前采用荷載控制加載，屈服后采用位移控制加載。試件的最終破壞形式見圖1，柱基部分的混凝土保護層壓碎剝落，不銹鋼鋼筋混凝土柱表現處很好的延性。

試件尺寸和配筋 表1

2 不銹鋼鋼筋混凝土柱的OpenSees 模型

開源程序OpenSees具有強大的非線性分析功能，并提供了多種材料本構模型，單元模型和計算方法，為研究建筑結構的抗震性能提供了良好的平臺。

混凝土材料本構模型選用了Kent—part模型[3]，混凝土模型可以通過修改參數K考慮箍筋的影響，concrete02模型的受拉段均采用線性關系，用于考慮混凝土的初始開裂[2];鋼筋采用Steel02模型[2]，該模型采用隨動強化理論并考慮了包辛格效應，能夠很好的模擬鋼筋的滯回性能，本文采用零長度單元以模擬柱底、梁柱節點、剪力墻墻根部因縱筋在節點中滑移產生的變形，將節點應力滲透材料模型賦予零長度單元,可以模擬節點處鋼筋發生整體滑移前的應力滲透所引起的構件強度和剛度變化[2]。

3 數值計算與試驗結果對比分析

采用opensees中的非線性梁柱單元建立柱的滯回分析的纖維模型，對試驗中的試件進行數值模擬，所得的滯回曲線吻合較好如圖2所示。

4 結 論

用OpenSees程序對不銹鋼鋼筋混凝土柱的彈塑性分析與試驗結果較一致，通過選取合理的混凝土和鋼筋本構模型可以較好的模擬試件的滯回性能，可以利用此程序很好的研究不銹鋼鋼筋混凝土柱的彈塑性性能。

[1]Zhang Guoxue,Zhang Zhihao,Wang Changwei.Seismic performance of stainless steel reinforced concrete columns,Advanced Science Letters.2011,in press.

[2]Mazzoni S,Mckenna F,Scott M H,etal.Opensees Command Language Manual pdf2006-6-19.http://www.opensees.berkeley.edu.

[3]KENT D C,PARK R.Flexural Members with Confined-Concrete[J]Journal of the Structural Division,1971,97(7):1969-1990.