■陳惠惠，劉 凡■.鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 鹽城 4000；.蘇州科技大學(xué) 江蘇省結(jié)構(gòu)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 蘇州 50

1 試件及試驗(yàn)

1.1 試件

本次試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了3根試件進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。橫截面尺寸均為250mm×800mm。焊接H型鋼的截面尺寸為100×120×10×10（mm），材質(zhì)為Q235B。混凝土采用C30。SRCZ-1和SRCZ-2試件軸壓比相同，均為7，SRCZ-3試件軸壓比為14；SRCZ-1試件柱長(zhǎng)2000mm，長(zhǎng)細(xì)比為8，SRCZ-2和SRCZ-3試件柱長(zhǎng)1500mm，長(zhǎng)細(xì)比相同，均為6。

本試驗(yàn)采用江蘇省結(jié)構(gòu)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電液伺服加載系統(tǒng)，試驗(yàn)開始時(shí)首先通過(guò)豎直千斤頂加載至所需軸力，由于軸壓比不同，所加豎向力值亦不同，在試驗(yàn)中使豎向力保持定值，然后由水平向作動(dòng)器施加反復(fù)水平力。

1.2 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)加載采用荷載與位移雙控制方法。豎向軸力通過(guò)千斤頂加載，為滿足軸壓比不同的要求，3個(gè)試件的豎向力分別為200kN、200kN和400kN，在施加水平力時(shí)，豎向荷載需保持不變。

2 結(jié)果分析

2.1 試件破壞形態(tài)

3個(gè)試件的破壞過(guò)程如下：當(dāng)荷載較小時(shí)，處于彈性階段，不產(chǎn)生裂縫，當(dāng)荷載達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，柱子中下部?jī)蓚?cè)開始出現(xiàn)水平裂縫，然后隨著荷載的增加，水平裂縫亦逐漸增加，同時(shí)試件中下部開始出現(xiàn)斜裂縫，并且不斷向柱縱向中心或柱底延伸，斜裂縫角度大致成45度；最終斜裂縫匯交成多條“X”型斜裂縫，隨著斜裂縫裂縫寬度的逐漸增大，柱底角部混凝土被壓潰，試件最終破壞。最終破壞情況見圖1。

圖1 試件最終破壞情況

2.2 試件強(qiáng)度

試驗(yàn)實(shí)測(cè)得到的三個(gè)試件的極限荷載值分別為：SRCZ-1、SRCZ-2、SRCZ-3三個(gè)試件的極限荷載值分別為為421.03KN、491.85KN和530.02KN。

3 薄壁型鋼混凝土柱極限承載力的有限元分析

3.1 單元選取

本文研究的H型鋼混凝土柱，在豎向荷載和水平低周反復(fù)荷載共同作用下發(fā)生的變形是彎曲變形，對(duì)于內(nèi)嵌的型鋼而言，其沿厚度方向的應(yīng)力較大，不能忽略，不能采用有限元單元里面的膜單元，而應(yīng)該采用實(shí)體單元C3D8R，鋼筋采用只考慮軸向變形的桁架單元T3D2（三維二節(jié)點(diǎn)），柱身網(wǎng)格扭曲嚴(yán)重，根據(jù)實(shí)際情況，混凝土采用實(shí)體單元C3D8R（減縮積分單元）。

3.2 本構(gòu)關(guān)系

本文在模擬分析時(shí)采用混凝土損傷塑性模型本構(gòu)關(guān)系曲線以及對(duì)損傷因子作了具體規(guī)定，再根據(jù)材性試驗(yàn)實(shí)際測(cè)得的混凝土抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行修正，得到混凝土有限元模擬所需的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。本次模擬采用雙折線彈塑性模型作為型鋼的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型，采用理想彈塑性模型作為鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型。

3.3 有限元模型的建立

根據(jù)試驗(yàn)情況和研究?jī)?nèi)容，本文在建立有限元模型時(shí)，加載點(diǎn)與構(gòu)件以及構(gòu)件與構(gòu)件之間采用的約束方式如下：（1）加載點(diǎn)與墊塊之間采用耦合（coupling）約束；（2）墊塊與柱身之間采用綁定（tie）約束；（3）綴板與型鋼之間采用綁定約束；（4）鋼筋骨架與混凝土柱身之間采用嵌入約束；（5）型鋼與混凝土表面采用surfacesurface接觸關(guān)系?；炷敛糠?，采用掃略網(wǎng)格的方法，種子單元定義為0.05，型鋼和鋼筋骨架部分，網(wǎng)格劃分的方法是自動(dòng)網(wǎng)格法，種子單元定義為0.04。以SRCZ-1試件為例，網(wǎng)格劃分如圖2所示。

圖2 網(wǎng)格劃分

3.4 荷載-位移曲線對(duì)比

3個(gè)試件的極限荷載模擬值分別是：SRCZ-1極限荷載值為474.3KN，SRCZ-2極限荷載值為561.85KN，SRCZ-3極限荷載值為601.02KN，3個(gè)試件的有限元模擬值與試驗(yàn)值列表比較，結(jié)果見表1。可以看出，SRCZ-1試件試驗(yàn)值與模擬值的比值為0.88；SRCZ-2試件試驗(yàn)值與模擬值的比值為0.87；SRCZ-3試件試驗(yàn)值與模擬值的比值為0.88。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果對(duì)比分析來(lái)看，有限元模擬結(jié)果總體較好，說(shuō)明運(yùn)用ABAQUS有限元軟件分析驗(yàn)證試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果可行，在建模時(shí)采用的材料本構(gòu)關(guān)系、網(wǎng)格的劃分方法等基本合理。

同時(shí)，有限元模擬結(jié)果相較于試驗(yàn)值結(jié)果總體偏大，存在誤差的原因可能是：①有限元軟件中的混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系考慮過(guò)于簡(jiǎn)單，材料破壞過(guò)程中只分成彈性階段和塑性階段，而混凝土在彈性階段以后會(huì)出現(xiàn)內(nèi)力重分布現(xiàn)象，模擬過(guò)程中并未考慮該情況；②建立模型時(shí)，試件底部的約束條件不符合試驗(yàn)情況，因?yàn)榛旧碓诤奢d作用下必定也會(huì)產(chǎn)生一定的水平位移。

表1 試驗(yàn)值與理論計(jì)算值

4 結(jié)論

（1）長(zhǎng)細(xì)比的增大降低了H型鋼混凝土柱的極限承載力；軸壓比的增大可抑制了裂縫的出現(xiàn)與開展，提高柱的極限承載力。

（2）試件開裂前，模擬值與試驗(yàn)值吻合較好；試件開裂后，由于混凝土實(shí)際剛度的下降、材料的離散性和試件在加載過(guò)程中的滑移等原因，數(shù)值模擬極限荷載值和試驗(yàn)值有所偏差。

［1］劉凡，袁曉靜.鋼筋混凝土柔性墩柱抗震性能的試驗(yàn)研究［J］.地震工程與工程震動(dòng)，2010，30（3）：59-63.

［2］王帥.板壁式型鋼混凝土柔性墩柱的抗震性能研究［D］.蘇州科技學(xué)院，2014.

［3］李俊華.低周反復(fù)荷載下型鋼高強(qiáng)混凝土柱受力性能研究［D］.西安建筑科技大學(xué)，2005.

［4］JGJ101-1996建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程［S］.