不同BRB支撐形式加固RC框架結(jié)構(gòu)受力性能研究分析

(1.云南民族大學(xué) 云南 昆明 650504；2.云南省昆明市五華區(qū)審計(jì)局 云南 昆明 650000；3.廣西玉林市文地中心小學(xué) 廣西 玉林 537000)

一、算例選取及有限元模型建立

本文選取的算例為現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)。層高3.6米，跨寬5米，總建筑面積3488m2，設(shè)防烈度8度(0.2g)，地震影響系數(shù)最大值0.16，抗震等級(jí)1級(jí)，場(chǎng)地土Ⅱ類(lèi)，混凝土等級(jí)C25。采用的支撐形式有普通支撐(無(wú)外圍約束機(jī)構(gòu)作用的BRB)、一字型BRB、十字型BRB，如圖1.1所示。

本文主要利用ABAQUS有限元軟件來(lái)進(jìn)行建模，在建模過(guò)程中因有限元軟件接觸問(wèn)題分析復(fù)雜，占用計(jì)算機(jī)資源巨大，所以就采取模型簡(jiǎn)化進(jìn)行分析。即選取一品框架中的梁柱視為一個(gè)連續(xù)的整體來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)化分析，模型如圖1.2所示。建模過(guò)程中，梁、柱中的鋼筋是選擇內(nèi)嵌的方式作用于框架內(nèi)部，采用綁定約束條件，模型柱頂?shù)妮S壓比設(shè)為0.33，并把兩柱底三個(gè)方向約束住所示。采用結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格劃分技術(shù)對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。采用單調(diào)荷載及低周反復(fù)荷載加載方式進(jìn)行荷載加載。

二、三種支撐形式加固RC框架結(jié)構(gòu)的受力性能及耗能能力分析

(一)單調(diào)荷載作用下三種支撐形式加固RC的受力性能及耗能能力分析

通過(guò)對(duì)單調(diào)荷載下三種支撐形式加固RC框架進(jìn)行有限元分析，發(fā)現(xiàn)三種支撐分別都已經(jīng)達(dá)到了各自的極限承載能力，其中普通支撐在RC框架受到600KN左右的荷載時(shí)就出現(xiàn)了嚴(yán)重的屈曲變形。整個(gè)RC框架由于支撐屈曲而失效，如圖2.1所示；一字型BRB內(nèi)芯和十字型BRB內(nèi)芯應(yīng)力擴(kuò)散均勻，內(nèi)芯未發(fā)生變形和屈曲，兩種BRB-RC框架分別受到1570KN和1587KN荷載作用時(shí)，支撐內(nèi)芯進(jìn)入屈服階段進(jìn)行能量耗散，相較于普通支撐的RC框架，兩種BRB-RC框架的承載能力和抗震性能得到了提高，且兩種BRB-RC框架的耗能能力都差不多。但是如圖2.2、圖2.3所示，一字型BRB內(nèi)芯的約束非屈服段出現(xiàn)了應(yīng)力最大值，而十字型BRB內(nèi)芯的應(yīng)力最大值是在約束屈服段。進(jìn)過(guò)研究分析，出現(xiàn)這一現(xiàn)象可能是十字型BRB因其約束屈服段截面面積大于一字型BRB約束屈服段面積，以致其支撐屈服段在與非屈服段截面轉(zhuǎn)換過(guò)程中更加平緩過(guò)度，從而有效避免了支撐約束非屈服段有可能出現(xiàn)的應(yīng)力集中的現(xiàn)象。

(二)往復(fù)荷載作用下三種支撐形式加固RC的受力性能及耗能能力分析

通過(guò)對(duì)往復(fù)荷載作用下三種支撐形式加固RC框架進(jìn)行有限元分析，發(fā)現(xiàn)普通支撐RC框架，因其支撐出現(xiàn)了強(qiáng)度退化和剛度退化現(xiàn)象，從而其框架的滯回曲線明顯沒(méi)有BRB-RC框架的滯回曲線飽滿(mǎn)，這說(shuō)明BRB的耗能能力更好，其更能夠提高RC框架的受力性能和抗震性能。如圖2.4、圖2.5、圖2.6所示。對(duì)比兩種BRB，可以看出一字型BRB-RC框架的滯回曲線面積和十字形BRB-RC框架的滯回曲線面積都差不多，這說(shuō)明一字型BRB-RC框架的耗能能力和十字型BRB-RC框架的耗能能力都差不多。

三、結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)普通支撐，一字型BRB，十字形BRB等不同支撐類(lèi)型對(duì)加固RC框架后的抗震性能，耗能能力進(jìn)行有限元數(shù)值模擬分析后，得出如下結(jié)論。

一字型和十字型兩種BRB-RC框架的承載能力和抗震性能明顯高于普通支撐RC框架，且一字型和十字型兩種BRB-RC框架的耗能能力差不多，證明了兩種截面形式的BRB作為耗能構(gòu)件，其對(duì)RC框架的加固作用一樣。但是由于為了防止BRB約束非屈服段出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，一般要求約束屈服段與約束非屈服段之間的截面轉(zhuǎn)換要平緩，所以十字型BRB支撐形式就比一字型BRB支撐形式有優(yōu)勢(shì)。鑒于此，在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)情況及經(jīng)濟(jì)情況來(lái)選擇支撐的形式。