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1、GFRP管混凝土柱低周反復(fù)荷載下抗震性能研究周巖，張金源（大慶石化公司礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部，黑龍江大慶163714）摘要：應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS，對(duì)GFRP管混凝土柱在低周反復(fù)荷載下的滯回性能進(jìn)行分析，確定了影響FRP管滯回性能的因素，得出試件的骨架曲線，分析了試件的延性性能和剛度退化的情況。關(guān)鍵詞：FRP管；混凝土柱；抗震；骨架曲線目前對(duì)于GFPR試件在低周往復(fù)荷載作用下的抗震性能的研究較少。文中通過(guò)有限元分析軟件ANSYS模擬GFRP管混凝土柱在低周反復(fù)荷載下的抗震性能[1]。分析在地震作用下的強(qiáng)度、剛度和延性等力學(xué)性能的變化規(guī)律。以軸壓比、長(zhǎng)徑比為變化參數(shù)對(duì)GFR
2、P管混凝土柱抗震性能進(jìn)行分析，得出各柱的骨架曲線，通過(guò)對(duì)比不同影響因素下的骨架曲線，可以得到各因素對(duì)試件抗震性能的影響。1分析模型采用的GFRP管混凝土柱管的外徑為210mm，內(nèi)徑為200mm，壁厚為5mm，纖維鋪設(shè)角度為57.5°。軸壓比為0.4，混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度為31.4MPa，柱的箍筋采用HPB235?？v向鋼筋采用HRB335。材料的基本力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表1，2。表1鋼筋力學(xué)性能表材料直徑/mm屈服強(qiáng)度/MPa極限強(qiáng)度/MPa彈性模量縱筋12381541200000箍筋8362454210000表2GFRP管的材料力學(xué)性能表材料抗拉強(qiáng)度/MPa彈性模量/MPa
3、泊松比GFRP管630246100.5模擬過(guò)程中，先在試件頂端施加軸力，并保持不變。然后在試件頂端施加水平方向的低周反復(fù)荷載。采用位移控制方式來(lái)加載[2]，試件屈服進(jìn)入塑性階段后，每1個(gè)位移循環(huán)3次。應(yīng)用有限元軟件ANSYS對(duì)GFRP管混凝土柱的滯回性能進(jìn)行模擬，模擬計(jì)算的骨架曲線與試驗(yàn)的骨架曲線[2]對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖1和表3。4圖1構(gòu)件驗(yàn)證的骨架曲線表3計(jì)算數(shù)據(jù)與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比延性系數(shù)極限承載力/kN計(jì)算值／試驗(yàn)值試驗(yàn)值模擬計(jì)算值試驗(yàn)值模擬計(jì)算值5.024.9832.9735.991.09-29.57-33.241.12從圖1可以看出，在構(gòu)件達(dá)到極限承載力之前，有限元模擬
4、結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果有著較好的吻合，即有限元分析可以對(duì)構(gòu)件從開(kāi)始加載到極限承載力階段進(jìn)行很好的模擬；由表3可知，有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的誤差在12%以內(nèi)，即所建立的有限元模型可以對(duì)GFRP管混凝土柱的極限承載力進(jìn)行很好的模擬，可以用于計(jì)算分析。3低周反復(fù)荷載作用下的抗震性能分析3.1不同長(zhǎng)徑比（λ）下的骨架曲線分析取D/t=30，n=0.3，0.5，0.7，長(zhǎng)徑比λ=25，45時(shí)的骨架曲線對(duì)比分別見(jiàn)圖2，3。圖2λ=25時(shí)的曲線圖3λ=45時(shí)的曲線由圖2，3可以看出，4GFRP管混凝土柱的受力過(guò)程經(jīng)歷了彈性、彈塑性和破壞階段。在軸壓比相同的情況下，試件隨著長(zhǎng)徑比的增大，在試
5、件頂部產(chǎn)生同樣水平位移的情況下，試件的水平恢復(fù)力逐漸降低。試件骨架曲線所圍的面積逐漸減小，耗能能力下降，試件的剛度同時(shí)降低[3,4]。同時(shí)，試件兩端可以承受的相對(duì)位移逐漸增大，然而滯回曲線變得越來(lái)越不飽滿，抗震性能降低。3.2不同軸壓比（n）下的滯回性能分析取D/t=30，長(zhǎng)徑比λ=25，35，45，軸壓比n=0.5和0.7時(shí)的骨架曲線對(duì)比分別見(jiàn)圖4，5。圖4n=0.5時(shí)的曲線圖5n=0.7時(shí)的曲線圖4，5表明，GFRP管混凝土柱的受力過(guò)程經(jīng)歷了彈性、彈塑性和破壞階段。長(zhǎng)徑比一定時(shí)，隨著試件軸壓比n的增大，GFRP管混凝土柱的骨架曲線的強(qiáng)度退化越來(lái)越明顯。當(dāng)軸壓比增大時(shí)
6、，滯回曲線的骨架曲線的高度，即水平恢復(fù)力進(jìn)一步降低，延性退化顯著，試件的耗能性能大幅降低，抗震性能降低。3.3試件的延性分析以圖3的曲線為例，對(duì)試件的延性進(jìn)行對(duì)比，延性系數(shù)計(jì)算的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。表4試件延性系數(shù)對(duì)比試件編號(hào)屈服位移/mm極限位移/mm延性系數(shù)03-45-804.17659.89614.3405-45-804.20338.6419.1907-45-803.89524.6656.33由表4可知，當(dāng)試件在長(zhǎng)細(xì)比一定時(shí)，隨著軸壓比的增大，試件的延性越來(lái)越低，其中軸壓比為0.3的試件的延性系數(shù)是軸壓比為0.7的試件的2倍多。說(shuō)明隨著軸壓比的增大，骨架曲線下降越來(lái)越
7、快，試件的抗震性能越來(lái)降低，耗能能力越來(lái)越差。4結(jié)束語(yǔ)（1）當(dāng)GFRP管混凝土柱的軸壓比一定時(shí)，試件隨著長(zhǎng)細(xì)比的增大，試件骨架曲線所圍的面積逐漸減小，耗能能力下降，試件的剛度同時(shí)降低。在試件頂部產(chǎn)生同樣水平位移的情況下，試件的水平恢復(fù)力逐漸降低。同時(shí)，試件兩端可以承受的相對(duì)位移逐漸增大，抗震性能降低。（2）當(dāng)GFRP管混凝土柱的長(zhǎng)徑4比一定時(shí)，試件隨著軸壓比的增大，骨架曲線所圍成的面積越來(lái)越小，當(dāng)軸壓比為0.3時(shí)，滯回曲線的骨架曲線具有很好的延性；當(dāng)軸壓比為0.5的時(shí)候，試件的延性降低，且試件在具有同樣水平位移的情況下水平恢復(fù)力降低，試件
