轴压比对不同形式异形柱框架抗震性能的影响

巩牧华+蔡新江

摘 要：文章以三榀异形柱中框架为研究对象，分别为钢筋混凝土异形柱框架、型钢混凝土异形柱框架和钢管混凝土异形柱框架，利用有限元分析软件对三者进行推覆分析，研究不同轴压比作用下异形柱框架承载能力、位移延性、刚度退化等方面的抗震性能特点。研究表明：轴压比对三种异形柱框架弹性刚度影响较小，但对承载力和延性影响较大。

关键词：异形柱；型钢混凝土；钢管混凝土；轴压比

引言

异形柱结构因其柱楞不凸出、得房率高等优点，备受开发商和消费者的青睐。目前，对普通钢筋混凝土（RC）异形柱结构的研究已较为广泛[1-2]，而对型钢混凝土（SRC）异形柱结构和钢管混凝土（CFST）异形柱结构的研究较多集中在构件层面。本文对三种不同形式的异形柱框架的抗震性能进行推覆分析，研究三种框架在不同轴压比作用下抗震性能特点，为异形柱结构体系的理论分析提供参考。

1 模型设计

本文框架模型选用两跨三层的异形柱中框架，其边柱为T形柱，中柱为十字形柱。框架底层层高为1.6m，二、三两层层高均为1.2m，缩尺比例为1：2.5。三种形式框架柱截面尺寸相同，肢高为300mm，肢厚为100mm，梁截面均采用钢筋混凝土梁，梁宽取100mm，与异形柱肢厚相等，梁高取280mm。三种框架主要区别在于柱截面配钢（筋）形式不同，具体几何尺寸以及截面配钢（筋）形式如图1所示（单位：mm）。

在材料选择上，混凝土采用C35混凝土；钢筋为HRB335钢筋，柱中纵筋直径8mm，箍筋直径6mm，在柱端300mm范围内以及节点核心区进行加密，加密区间距40mm，非加密区间距80mm；框架梁主筋直径12mm，箍筋直径6mm，在梁端400mm范围内进行加密，加密区间距40mm，非加密区间距80mm；型钢选用Q235钢板焊接而成。

2 有限元模型的建立

選用OpenSees有限元分析软件进行分析，建模时采用纤维单元定义构件截面，根据不同材料划分为不同纤维。在单元选取上采用基于位移的梁柱单元（Displacement-Based Beam-Column）来模拟梁、柱构件。为了保证模拟结果的精确性，将所有梁柱构件均离散为5个单元，每个单元积分点数为5。

材料上，混凝土采用Concrete02 Material，本构关系为Scott等人修正后的Kent- Park本构模型，该模型能够较好反映箍筋对核心区混凝土的约束作用，因此在截面上就不需要再建立箍筋纤维。钢筋和型钢均采用Steel02 Material，本构关系为Filippou等人修正后的Menegotto-Pinto本构模型，该模型考虑了钢材硬化的影响。

3 推覆分析

本文侧向加载模式为抗震规范中规定的倒三角模式。由于异形柱框架中柱设计轴压比是边柱的两倍，边柱的轴压比参数N取1、0.1、0.2和0.3进行分析。三种异形柱框架结构在不同轴压比下的推覆分析计算结果如图2所示。

由上述计算结果可知，轴压比对三种异形柱框架的弹性刚度影响均较小，随着轴压比的增大，对框架承载能力和延性的影响也逐渐增大。对于RC异形柱框架来说，边柱轴压比从0到0.1，框架承载能力有了适当提高，但当轴压比大于0.1之后，对承载能力影响很小，但延性有所降低。对于SRC异形柱框架和CFST异形柱框架，轴压比的变化对二者影响效果相类似，随着轴压比的增大，结构的承载能力逐渐降低，位移延性也随之降低。因此在对SRC异形柱框架和CFST异形柱框架进行设计时，要着重考虑轴压比的影响。

4 结束语

本文以三种不同形式的异形柱框架为研究对象，在柱截面尺寸、轴压比和梁截面均一致的前提下，在不同轴压比下对三者进行推覆分析，得到以下结论：

（1）轴压比对三种不同形式异形柱框架弹性刚度影响较小。

（2）边柱轴压比较小范围内变大时，RC异形柱框架承载力有所提高，轴压比超过0.1时，对承载力影响较小，但延性会随轴压比的增大而减小。

（3）SRC异形柱框架和CFST异形柱框架，随着轴压比的增大，结构的承载能力逐渐降低，位移延性也随之降低。

参考文献

[1]肖建庄，黄珏，张建荣，等.高性能混凝土异形柱边框架抗震性能试验研究[J].建筑结构学报，2002，23（6）：19-25.

[2]王铁成，林海，康谷贻，等.钢筋混凝土异形柱框架试验及静力弹塑性分析[J].天津大学学报，2006，39（12）：1457-1464.

作者简介：巩牧华（1990-），女，汉族，江苏宿迁，硕士研究生，盐城工业职业技术学院，研究方向：建筑结构、工程抗震。

蔡新江（1981-），男，汉族，江苏苏州，博士研究生，苏州科技大学，研究方向：建筑结构、工程抗震。