基于纤维模型的外包钢加固混凝土框架结构静力弹塑性分.pdf

2010年1月沈阳建筑大学学报(自然科学版)Jan.2010
第26卷第1期JournalofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)Vol.26,No.1

文章编号:1671-2021(2010)01-0068-07

基于纤维模型的外包钢加固混凝土
框架结构静力弹塑性分析

潘志宏1,2,李爱群2,孙义刚3

(11江苏科技大学土木与建筑工程学院,江苏镇江212003;
21东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室,江苏南京210096;
31邵阳学院城市建设系,湖南邵阳422000)

摘要:目的发展弹塑性数值模拟方法,为外包钢加固框架结构的抗震性能分析提供参考.方
法基于纤维模型,提出对采用外包钢加固的混凝土柱进行静力非线性分析的方法,在此基础
上研究在结构整体层次上的外包钢加固框架结构静力弹塑性分析方法,截面分析、构件分析及
结构分析均在OpenSees平台上编程实现.结果构件层次上,经与两次不同试验的结果比较,
验证了方法正确可行.运用自编程序,结合实际加固方案,探讨了在常用工程分析软件中如何
进行外包钢加固框架这一特殊结构的静力弹塑性分析的实用方法.结论弹塑性分析方法能反
映出局部加强后结构失效的演化过程,能方便地用于加固后结构抗震性能评估.

关键词:纤维模型;OpenSees;静力弹塑性分析;外包钢加固;抗震性能

中图分类号:TU32315;TU37514文献标志码:A

一般认为混凝土框架结构抗震性能要好于砌引起薄弱部位的转移,因此,对这种加固结构在中
体结构,但汶川地震中框架破坏严重甚至倒塌现大震下的抗震性能更加需要注意.
象并不少见.对震后框架结构进行修复,提高既有量化中震可修,强化第二阶段抗震设计方法,
框架结构抗震性能,对加固后的结构抗震性能进实现合理的破坏机制,确保大震不倒的设防目标
行检测已成为不可忽视的问题.混凝土框架梁柱得以实现,既是当前地震震害的总结,也是对震后
进行加固,外包钢是常用有效方法之一,近年来还抗震加固工作的要求,需要加强弹塑性分析来加
有与其他新材料复合发展的趋势[1].外包钢加固以实现,基于性态的抗震设计发展中也要求对结
后成为组合结构,国外加固当中应用较多的steel构在中震和大震下的弹塑性性能有深入的了解和
jacketing[2-3]与国内常用的型钢骨架湿式外包钢把握[4].因此,正确可靠模拟结构和构件的非线
存在差异;国内以往对外包钢加固在构件层次的性地震反应是地震工程研究的重要任务.近年来,
试验和理论研究较多,但关注的重点是承载能力,纤维模型受到广泛关注,被认为在理论上具有较
对于框架结构在结构整体层次的抗震性能试验研高精度[5],但是目前纤维模型在组合结构上的应
究却不多见,针对结构整体弹塑性变形能力的理用还不多,对于外包钢加固后形成的复合结构体
论研究、数值模拟少有报道,研究滞后于工程应用系基于纤维模型的分析未见报道.基于此笔者以
的需要.特别需要注意的是,外包钢加固一般只是纤维模型截面分析为基础,提出了外包钢加固框
用于结构的局部,加固后形成的复合结构体系受架结构的结构整体层次的静力弹塑性分析方法,
力性能更加复杂,不适当的局部加强甚至可能会为外包钢加固框架结构的抗震性能分析提供参考

收稿日期:2008-11-12
基金项目:国家科技支撑计划重大项目(2006BAJ03A04);湖南省教育厅科研项目(08C785)
作者简介:潘志宏(1970)),男,副教授,博士,主要从事既有结构抗震研究.
第26卷潘志宏等:基于纤维模型的外包钢加固混凝土框架结构静力弹塑性分析69

依据.维分别采用patchrect(或patchquadr)进行定义,
其中每根钢筋定义一个纤维.对于普通混凝土柱
1基于OpenSees纤维模型非线性
(原型柱)截面,核心混凝土纤维单元,材料本构
分析的实现过程
关系考虑箍筋约束作用,外围保护层无约束混凝
OpenSees(OpenSystemforEarthquakeEng-i土纤维单元,采用无约束混凝土本构关系;为简化
neeringSimulation)是应用于结构和岩土方面地计算,不考虑外包角钢的滑移,将外包钢围套内核
震反应模拟的一个完全开放并不断发展的程序平心混凝土截面划分为约束混凝土纤维单元,每个
台[6].OpenSees模拟分析可用于静力弹塑性分角钢划分为2个钢纤维单元.截面纤维定义如图
析、静力反复循环分析、动力时程分析等多个方1所示.
面[6-7].在非线性分析中,引入了丰富的能较好反
映实际受力性能的材料模型,材料和单元可以不
断扩充,由于集成了基于柔度法的梁柱单元,具有
从材料本构到截面再到构件或结构等不同层次的
清晰思路,能将纤维模型引入结构整体的三维非