不同轴压比对配置HRB500高强钢筋混凝土并筋柱承载力的影响

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一、前言

        近年来,在工程实践中,常常为减少结构自重而将构件截面尺寸尽量减小,例如地铁车站框架梁、框架柱的结构设计。此种情况常常出现构件截面钢筋排列密集,难以满足我国规范对钢筋的间距要求。传统的解决方案是多排布置以及加大钢筋直径,但采用该类方法一方面会影响构件的承载能力,同时还会增加施工难度,另外一方面粗直径钢筋还会造成材料的一定浪费。现行的主要解决方式为配置并筋,我国混凝土结构设计规范中,也新增了钢筋并筋的配置形式。

 

       为充分探讨采用并筋形式对混凝土结构构件的承载力影响,本次在前人实验的基础上,采用ANSYS软件对比分析了不同轴压比下三种配筋形式(单筋、双筋、三并筋)对钢筋混凝土柱承载力的影响。

 

二、实验概况

       本次实验为了更好的模拟实际情况下并筋柱的受力情况,试件长度取框架柱的反弯点处。模型混凝土等级为C30混凝土,纵向受力钢筋为HRB500,横向箍筋采用HPB300。试件外形尺寸以及设计参数如下:

不同轴压比对配置HRB500高强钢筋混凝土并筋柱承载力的影响

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构件材料信息如下:

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三、有限元模型建模要点

本次有限元建模要点如下:

1、 混凝土采用实体单元Solid65 模拟,本构模型依据我国混凝土结构设计规范采用多线性随动强化模型BISO。

2、 钢筋采用link8单元模拟,钢筋本构采用多线性等向强化模型

3、 基础建模采用整体式建模,单元尺寸控制在30~50之间,划分单元后基础配筋模型如下图所示。

不同轴压比对配置HRB500高强钢筋混凝土并筋柱承载力的影响

4、 柱子采用分离式建模,钢筋通过节点建立单元,单元尺寸为50,并筋通过同节点建立同样单元来近似考虑。单筋情况下的钢筋模型如下所示。

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整体有限元模型如下所示:

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5、混凝土与钢筋之间的滑移根据实测数值采用combin39单元模拟。

6、计算工况分别取轴压比为0.1、0.2、0.5、0.7时进行结构承载力计算。

四、模拟结果

1) 单筋情况下不同轴压比的荷载位移曲线

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2) 双筋情况下不同轴压比的荷载位移曲线

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3) 三筋情况下不同轴压比的荷载位移曲线

    

不同轴压比对配置HRB500高强钢筋混凝土并筋柱承载力的影响

 

4) 轴压比为0.1时单筋、双筋、三筋荷载位移曲线对比

 

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5) 轴压比为0.2时单筋、双筋、三筋荷载位移曲线对比

 

不同轴压比对配置HRB500高强钢筋混凝土并筋柱承载力的影响

6) 轴压比为0.5时单筋、双筋、三筋荷载位移曲线对比

 

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7) 轴压比为0.7时单筋、双筋、三筋荷载位移曲线对比

 

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8) 不同情况下极限承载能力对比表

 

不同轴压比对配置HRB500高强钢筋混凝土并筋柱承载力的影响

五、结论

        从上述荷载位移曲线可见,轴压比对构件的极限承载能力影响较大,特别是在当轴压比小于0.5时,轴压比的增加能显著提升构件的极限承载力。

        并筋对结构的极限承载力具有一定的影响,随着并筋数量的增加,构件的承载力会有一定的下降,这主要由于将单根钢筋绑扎成束,形成了并筋构造,使得钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能发生了变化,进而对结构或构件的受力性能造成不利影响。

 

 

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