轴压比对碳纤维钢骨-钢管混凝土柱影响分析

钢骨钢管混凝土柱轴压破坏形态钢骨钢管混凝土柱，光听名字就让人觉得有点“厉害”的感觉，是吧？这种柱子可不是普通的钢筋混凝土柱，里面有钢骨、钢管加持，可以说是高大上的“硬核”存在！要是非得用个形象点的比喻，那就是把“肌肉”和“骨架”给融合在一起，强壮又结实，耐得住压，扛得起重！所以，咱们今天聊的这个轴压破坏形态，实际上就是在讲钢骨钢管混凝土柱在受压下，究竟会怎么样“出事”。

首先啊，你要知道，柱子在承受压力的时候，不是简单地就压个头，到了极限就会爆炸啥的。

这玩意儿有点儿“内涵”，它不是马上就崩溃，而是慢慢地、悄悄地开始“表现出异常”。

比如说，刚开始的时候，钢管那一层像皮肤一样包裹住混凝土，它们就好像是相辅相成的伙伴，一起分担压力。

钢管给混凝土提供支撑，混凝土则给钢管提供了稳定性，两个合作得天衣无缝，压力分担得平平稳稳。

到了一定的阶段，混凝土会慢慢地开始出现裂缝，这时候还不至于马上崩溃，但你就可以看出来，它开始“不耐压”了，压力一大，裂缝就越发明显。

钢管一开始能挡住这些裂缝，但随着时间推移，它也会渐渐疲软。

等到裂缝越来越大，混凝土的承载能力就开始大打折扣。

钢骨就像是脊梁骨，起着支撑的作用，可也并非无敌啊！到了某个临界点，钢管的“皮肤”就开始变形，钢筋和混凝土也逐渐不再“配合默契”。

那时候，钢骨钢管混凝土柱就会表现出一种典型的轴压破坏形态——压溃！哦对，不是你想象的那种瞬间“啪”地碎掉，而是有点儿像慢慢地掉链子，钢管变形，裂缝越来越多，直到整个结构承载不住，那就得说拜拜了，整根柱子“败了”。

再说一个你可能不太了解的事儿，这种柱子的破坏，其实不仅仅是看它变形有多厉害，最关键的就是它的破坏模式！比如说，轴压破坏和弯曲破坏可不太一样。

轴压破坏就是指柱子一直承受压缩力，直到它的“心脏”——混凝土和钢管被压垮。

而弯曲破坏就像一个人走路摔了一跤，压的不仅仅是“脊背”，还要看它是不是“翻车”。

轴压破坏相对来说，直接粗暴一些，没有什么花样，就是压到极限，爆发力一瞬间失控！所以，钢骨钢管混凝土柱承压时，有个明显的变化过程，先是局部损伤，继而扩展，最后整个柱子逐渐失去能力，最终出现彻底的破坏。

轴压比对不同形式异形柱框架抗震性能的影响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。

标签：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。

轴压比对柱子滞回曲线的影响概述及解释说明1. 引言1.1 概述柱子在受到轴向压力作用时，往往会表现出一种特殊的非线性行为，即滞回效应。

滞回曲线是描述轴力加载和卸载过程中柱子应力-应变关系的一种重要形式。

而轴压比，则是指受力柱子的轴向压力与其临界轴向抗压能力之间的比值，在结构设计及分析中具有重要意义。

1.2 文章结构本文将首先介绍轴压比与滞回曲线的概念，并对它们之间的关系进行详细探讨。

然后，我们将综述一些影响滞回曲线形状的因素，包括材料性质、施加载荷路径以及其他影响因素。

接下来，我们将通过实验验证和案例分析来进一步说明轴压比对柱子滞回曲线的具体影响。

最后，我们将总结本文研究工作的主要发现，并展望未来可能进行的进一步研究方向。

1.3 目的本文旨在深入探讨轴压比对柱子滞回曲线的影响机理及其相关因素，并通过实验验证和案例分析加以解释。

通过本研究，我们将有助于更好地理解轴压比与滞回曲线之间的关系，为柱子的设计和分析提供科学依据，并为进一步研究该领域的发展方向提供参考。

2. 轴压比与滞回曲线：2.1 轴压比的定义与影响因素：轴压比指的是柱子承受的轴向荷载与其抗弯能力之间的比值，通常用公式表示为N/As，其中N代表轴向荷载，As代表柱子截面积。

轴压比是衡量柱子受到压力程度的重要参数。

其数值大于1时表示柱子处于受压状态，而小于1时则表示处于受拉状态。

轴压比会受到多种因素的影响。

首先，外部荷载水平会直接影响轴压比。

当施加在柱子上的外部荷载增加时，轴向力也会相应增大，从而使得轴压比增大。

其次，柱子自身几何尺寸、材料强度和截面形状等因素也会对轴压比产生影响。

例如，在支撑结构中，较矮胖的柱子相较于高瘦的柱子具有更高的轴压比。

此外，侧向约束条件也是一个重要因素。

当存在侧向约束来限制柱子在横向位移方向上的变形时，柱子受到的轴向力会有所增加，进而导致轴压比增大。

2.2 滞回曲线的概念与特点：滞回曲线是描述材料或结构在循环加载中失去和恢复弹性能力的一种曲线。

[赏析]谈钢筋混凝土框架柱的轴压比限值谈钢筋混凝土框架柱的轴压比限值1、前言轴压比是柱子受轴力设计值与混凝土部分抗压能力的比值 ,即N/fcbh。

试验研究和工程震害的实践表明 ,轴压比对钢筋混凝土框架柱的抗震性能影响很大,在钢筋硅框架柱延性的众多影响因素(纵向钢筋的配筋率、配箍率,钢材等级 ,柱子的截面形状, 混凝土的强度等级 ,轴压比及剪跨比)中,以轴压比、配箍率和剪跨比的影响最为显著。

因此 ,现行的建筑抗震设计规范GB50011-2010 及混凝土结构设计规范GB50010-2002中,基于希望钢筋混凝土框架柱出现以受拉钢筋的屈服为先导的大偏心受压破坏的理论和部分试验研究结果而定出的,如表1。

通过限制轴压比 ,保证柱有足够的变形能力,使钢筋混凝土框架柱在地震作用下发生大变形时,相应于静力试验中低周反复荷载作用下剪力位移滞回曲线是不发散的,从而保证框架柱“坏而不倒” 。

表1柱轴压比限值抗震等级一二三四框架柱 0.65 0.75 0.85 0.9高层,超高层建筑如雨后春笋般随着市场经济的发展和施工技术的不断提高, 的出现,由于层数的增加,使柱的轴向力加大 ,在设计钢筋混凝土框架结构和框剪结构时,经常会遇到柱的轴压比问题。

按结构设计软件satwe进行高层结构抗震分析时,经常出现柱的断面由轴压比限值来确定,柱的配筋多为构造配筋,这是不合理的。

容易造成柱的截面很大,这不仅减少了使用空间,更重要的是使柱的剪跨比减少,刚度增大,地震反应加大,容易引起柱的脆性破坏,对柱的抗震是非常不利的。

因此,在钢筋混凝土框架柱的抗震设计中,应综合考虑影响柱子延性的各项因素,不应顾此失彼。

2、影响框架柱延性的因素2.1框架柱的剪跨比=Hn/2h。

试验结果表明剪跨比能大体反映出截面上弯曲正应力和剪切应力的比例关系,是决定框架柱延性破坏还是脆性破坏的主导因素,钢筋混凝土框架柱剪跨比越大,延性越好。

在一般配筋情况下,剪跨比大于2时框架柱在水平剪力下弯曲破坏,对抗震有利,剪跨比小于2时,形成短柱,在水平剪力下剪切破坏,由于剪切破坏主要是斜截面上的弯剪主拉应力引起的,受拉纵筋在破坏时有可能还没有进人屈服,压区混凝土存在较大的复合剪应力,加速混凝土的压溃,使柱子呈脆性破坏,对抗震不利。

碳纤维加固钢筋混凝土柱的施工与承载力分析摘要：本文介绍了采用碳纤维加固钢筋混凝土柱的性能，提出了保证碳纤维布粘帖密实的施工措施。

并依据我国现行建筑设计规范对钢筋混凝土柱粘碳纤维加固后的轴向承载力进行分析。

关键词碳纤维轴向承载力抗震加固一.概述粘帖CFRP片材加固修复混凝土结构的技术，主要用于钢筋混凝土柱的抗震加固、梁柱的受剪加固、梁板的受弯加固、以及裂缝和耐久性修补。

对于钢筋混凝土柱粘帖CFRP片加固，国内外大量的试验和理论分析均表明，目前采用一般粘帖CFRP片材加固钢筋混凝土柱的方法，在钢筋混凝土柱粘帖CFRP片材后，使柱中混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度及极限压应变，从而提高钢筋混凝土柱轴压承载力及延性。

与约束混凝土的机理类似，钢筋混凝土柱粘帖CFRP片材加固后使柱中混凝土处于约束状态，由于CFRP片材是线弹材料，使其产生的约束力是持续增长的，直至碳纤维拉断，混凝土破坏。

可以认为：当钢筋混凝土柱粘帖CFRP片材加固轴向应力超出混凝土的抗压强度后，应力---应变关系呈线性增长，混凝土的应力和应变同时达到最大值，呈现了CFRP片材是线弹性材料约束混凝土的特点。

[1]二、碳纤维加固混凝土柱的原理普通混凝土结构在使用一定的年限后，混凝土腐蚀、钢筋锈蚀，承载能力下降；一部分新建和在建的工程，由于设计或施工不当，有些工程使用功能改变，荷载增加或者提高建筑物的抗震设防等级；由于种种原因造成停建烂尾工程，又重新启动的工程等等，这些都需要对结构进行加固。

使用建筑结构胶在混凝土表面粘帖CFRP片材材料进行加固修复混凝土结构，《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》中对钢筋混凝土柱的加固从施工到设计都有详细的规定。

《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》中要求粘帖CFRP片材加固修复混凝土结构应由熟悉该技术施工艺的专业施工队伍完成，并应有加固修复和施工技术措施。

保证施工质量的关键是遵循工序要求，施工时应考虑环境温度、湿度对结构胶固化的影响。

轴压比对节点受力性能影响的有限元分析摘要：本文运用ABAQUS有限元程序对钢筋混凝土框架梁柱节点进行模拟分析。

模型中钢筋采用理想弹塑性模型，混凝土采用损伤塑性模型。

文中通过对不同轴压比的节点进行模拟分析，讨论了轴压比对节点受力性能的影响。

关键词：梁柱节点、理想弹塑性、损伤塑性、轴压比、受力性能。

1、钢筋混凝土材料的本构模型简介1.1钢筋的本构模型钢筋采用理想图塑性模型，如图1-1所示1.2 混凝土的本构模型1.2.1 单轴拉伸和压缩荷载作用该模型为连续、基于塑性，损伤的混凝土模型。

对于混凝土,它假定两个主要失效机制即拉伸开裂破坏和压缩破碎破坏。

屈服（或破坏）面有两个硬化变量（hardeningvariable）表示：拉伸等效塑性应变和压缩等效塑性应变。

该模型假定混凝土的单轴拉伸和压缩性状由损伤塑性描述，如下图所示1.2.2单轴循环荷载作用周期荷载作用下，损伤力学性状很复杂，这涉及先期形成的张开和闭合，以及它们的相互作用。

试验表明，在单轴循环荷载作用下，荷载改变方向后，弹性刚度将得到部分恢复。

当荷载由拉伸变为压缩时，这种效应更加明显。

损伤塑性模型假定损伤后弹性模量可表示为无损弹性模量与损伤因子d的关系式即式中，为材料初始（无损）模量。

该方程包含循环内拉伸（）和压缩（）两种情况。

损伤因子d为应力状态和单轴损伤变量和的函数。

在单轴循环荷载状态下，ABAQUS假定式中，和为与应力反向相关的刚度恢复下的应力状态的函数，它们可以由下列方程进行定义：权重因子和假定为材料参数，其控制着反向和子啊拉伸和压缩刚度的恢复。

下图给出了荷载从拉伸到压缩过程中权重变化的情况。

当拉伸时，，=1，因此，当压缩时，，=0，因此，。

如果=1则。

因此材料完全恢复压缩刚度（这种情况下，等于初始无损刚度，及）。

另一方面，如果=0，则有，这时刚度没有恢复。

取中间值意味着刚度部分恢复。

2、分析模型参数表：如下表2-1表2-1 模型尺寸及配筋3、ABAQUS有限元分析结果3.1 不同轴压比节点的压缩损伤云图：轴压比在0.05~0.6之间，节点核心区的压缩损伤随着轴压比的增大而减小，轴压比在0.6~0.9之间，节点核心区的压缩损伤随着轴压比的增大而增大。

轴压比对钢筋混凝土柱延性影响的深入思考李涛【摘要】通过理论推导,结合建筑结构可靠度理论,分析了轴压比限值控制柱截面延性的理论含义,同时,讨论了影响柱延性的其他因素,提出了慎重采取放宽轴压比限值的建议.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2010(036)021【总页数】2页(P60-61)【关键词】框架柱;轴压比;延性;可靠度【作者】李涛【作者单位】上海江南建筑设计院有限公司,上海,200040【正文语种】中文【中图分类】TU375.31 概述柱作为构成结构整体体系的重要部位,在地震作用下应具有良好的抗震性能,规范通过规定柱轴压比限值来控制柱在地震作用下的延性,实现吸收和耗散地震作用输入的能量,为结构提供经受强烈地震,防止倒塌的能力。

因此,工程设计人员对轴压比影响柱延性的概念应深入理解。

2 轴压比限值影响柱截面延性的理论意义2.1 轴压比的理论含义轴压比的定义:考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值的比值在GB 50010-2002混凝土结构设计规范第11.4.16条和GB 50010-2001建筑抗震设计规范(2008年版)第6.3.7条中,规定了钢筋混凝土框架柱轴压比限值,见表1。

现从柱大偏心受压正截面承载力计算公式进行理解:式(1),式(2)中字母含义详见文献[3],此处用标准值而不用设计值便于后面轴压比限值的讨论。

表1 柱轴压比限值抗震等级一级二级三级框架柱 0.7 0.8 0.9部分框支柱 0.6 0.7 —框—剪,板柱墙及筒体 0.75 0.85 0.95根据《混凝土结构设计规范》第6.3.9条以及《建筑抗震设计规范》6.4.4要求:“抗震设计时,柱宜采用对称配筋。

”式(1)中A′s=As,则式(1)简化为:其中混凝土等级不大于C50时:α1=1(这里暂不讨论高强度混凝土)。

其中,x为受压区计算高度;nk为相对受压区高度,即为轴压比(标准值),轴压比所要表达的含义为受压时正截面混凝土的相对受压区高度。