鋼管混凝土柱在地震作用下的累積損傷性能研究.pdf

1、抗震設(shè)防目標(biāo)之一就是確保結(jié)構(gòu)在地震作用下不會(huì)倒塌,盡量減少人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失。地震時(shí),結(jié)構(gòu)受到低周往復(fù)荷載的作用,使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性鉸區(qū)域產(chǎn)生不可恢復(fù)的塑性變形。當(dāng)?shù)卣鹆叶冗h(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防烈度時(shí),結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生首次超越破壞;大部分結(jié)構(gòu)從產(chǎn)生微小的局部破裂到全部倒塌都需要一個(gè)過(guò)程,在彈塑性變形下結(jié)構(gòu)往復(fù)循環(huán)幾次乃至十幾次才會(huì)倒塌,也就是發(fā)生累積損傷破壞。因此,需要考察地震后結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的累積損傷程度,判斷是否能夠繼續(xù)使用或者是修復(fù)

2、后可以繼續(xù)使用這些結(jié)構(gòu),還是需要推倒重建。這項(xiàng)工作對(duì)于保障人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全,減少地震損失具有重要的意義。
　　 鋼管混凝土作為組合結(jié)構(gòu)的一種組合設(shè)計(jì)形式,具有良好的力學(xué)性能和抗震性能,在地震區(qū)建筑中得到了廣泛應(yīng)用。對(duì)鋼管混凝土抗震性能的研究一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn),許多研究者通過(guò)抗震試驗(yàn)對(duì)鋼管混凝土的抗震性能進(jìn)行了探討。但是大部分研究者的側(cè)重點(diǎn)都是放在鋼管混凝土的承載力、滯回性能以及建立滯回模型的研究上,很少考慮低周往復(fù)荷載下

3、鋼管混凝土的疲勞損傷,以及由于疲勞損傷的累積而導(dǎo)致的鋼管混凝土的累積損傷破壞。本文針對(duì)鋼管混凝土壓彎構(gòu)件在低周往復(fù)荷載下的力學(xué)性能和疲勞累積損傷問(wèn)題進(jìn)行了較為系統(tǒng)的試驗(yàn)研究和理論分析。
　　 試驗(yàn)結(jié)果表明鋼管混凝土具有良好的抗震滯回性能和耗能能力,即使鋼管混凝土產(chǎn)生了較大的變形也不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的承載力退化現(xiàn)象。鋼管混凝土柱滯回曲線的荷載和剛度退化隨著側(cè)移率的增大而加快,說(shuō)明在較大的變形條件下,往復(fù)變形一次對(duì)鋼管混凝土造成的損傷也大

4、;隨著側(cè)移率的減小,鋼管混凝土的滯回耗能能力明顯增強(qiáng)。應(yīng)變分析也表明,鋼管混凝土柱塑性鉸區(qū)的鋼管在屈服后隨著側(cè)移率的增大應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)迅速;而在等幅循環(huán)荷載的作用下,鋼管的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)緩慢,但永久塑性變形隨著循環(huán)次數(shù)的增加在不斷增長(zhǎng)。試驗(yàn)研究表明,承受低周往復(fù)荷載作用的鋼管混凝土柱在破壞時(shí)鋼管斷裂處的應(yīng)變并沒(méi)有達(dá)到單調(diào)拉伸時(shí)的極限應(yīng)變,鋼管是在拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的反復(fù)作用下產(chǎn)生了疲勞損傷,當(dāng)鋼管的損傷累積到一定程度時(shí),最終發(fā)生疲勞斷裂。
　　

5、 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,本文建立了反映鋼管混凝土柱低周疲勞壽命的改進(jìn)Manson-Coffin關(guān)系模型,得出了鋼管混凝土柱變形和疲勞壽命的關(guān)系曲線；與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比,理論曲線能夠比較合理地反映這幾類鋼管混凝土柱在不同變形條件下的疲勞壽命。在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,建立了基于循環(huán)耗能的低周疲勞模型；與試驗(yàn)得出的耗能能力系數(shù)相比,耗能能力曲線能夠較準(zhǔn)確的反映鋼管混凝土在低周往復(fù)荷載作用下,由于疲勞損傷的累積而導(dǎo)致的力學(xué)性能的退化。綜合Miner的線性累積損

6、傷理論和鋼管混凝土柱的循環(huán)耗能規(guī)律,建立了鋼管混凝土柱的基于耗能的改進(jìn)線性累積損傷模型；與Miner模型的評(píng)估結(jié)果相比,基于每次循環(huán)耗能所得出的鋼管混凝土柱的累積損傷指數(shù)具有更高的精度,特別是對(duì)于承受變幅位移的鋼管混凝土柱來(lái)說(shuō),由模型可以得到等合理地?fù)p傷指數(shù),說(shuō)明這種累積損傷模型能夠用于地震作用后的鋼管混凝土的累積損傷評(píng)估。
　　 基于連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)的基本理論和鋼管混凝土的彈塑性分析,建立了鋼管混凝土構(gòu)件在單調(diào)荷載和低周往復(fù)荷