钢筋混凝土柱塑性铰长度的计算分析.pdf

Study on Plastic Hinge Length of Reinforced Concrete
Column






A Dissertation Submitted for the Degree of Master




Candidate:Wang Zhenmin

Supervisor:Prof. Liu Ming





Chang’an University, Xi’an, China
摘要

在强震作用下,钢筋混凝土框架结构会产生较大的塑性变形,然而塑性变形一旦出
现其主要集中于塑性铰区,因此塑性铰的研究成为钢筋混凝土框架结构抗震研究的重点
之一。上世纪五十年代以来,国内外学者在试验研究的基础上提出了各自不同的塑性铰
长度计算公式,然而由于试验所考虑影响因素不同,致使各公式所采用参数不尽相同,
例如混凝土抗压强度、轴压比等参数在以上公式之中并未得到较好的体现,在高轴压比
或采用高强混凝土时以上公式精确度较差。因此,综合考虑混凝土抗压强度等影响塑性
铰长度的主要因素,建立更为准确、适用范围更广的塑性铰长度计算公式成为有待深入
研究的重要课题之一。
本文以钢筋混凝土柱为研究对象,首先,基于OpenSees分析平台建立钢筋混凝土柱
拟静力分析模型,通过模拟所得滞回曲线与试验结果的对比对该模型进行验证,在此基
础上将已有塑性铰长度计算公式所得结果带入所验证模型之中,通过对钢筋混凝土柱滞
回曲线的对比分析判断各公式的适用性。其次,通过对各影响因素的显著性分析确定了
影响塑性铰长度的主要因素,以此为基础运用最小二乘理论提出了塑性铰长度计算公
式,并通过试验数据及OpenSees分析平台对其合理性进行验证。本文主要工作有:
①运用OpenSees分析平台分别采用集中塑性单元和非线性梁柱单元对钢筋混凝土
柱进行数值模拟,通过模拟结果与试验结果的对比对两者精确性进行分析,分析显示集
中塑性单元模拟结果较为准确,该模型可用于后文模拟验证;
②基于所验证OpenSees模型和试验数据,对国内外学者所建议塑性铰长度计算公
式在构件处于高轴压比或采用高强混凝土等情况下的精确性与适用性进行了分析,分析
显示目前常用塑性铰长度计算公式适用范围较小,并且混凝土抗压强度等参数并未在一
些公式中得到体现;
③对影响塑性铰长度的因素进行了显著性分析,得出影响塑性铰长度的主要因素
为柱的有效高度、纵筋直径、混凝土抗压强度及纵筋抗拉强度;
④基于对影响塑性铰长度各因素的对比分析,运用最小二乘理论提出塑性铰长度
计算公式,并通过49根钢筋混凝土柱的试验数据对建议模型进行验证。结果表明:钢筋
,,吻合较
好。进一步基于OpenSees分析平台,对采用原有模型和建议模型的钢筋混凝土柱的塑性
I
变形性能进行了数值模拟对比分析。研究结果表明:建议模型所得滞回曲线与试验结果
吻合较好。

关键词:钢筋混凝土柱,OpenSees,数值模拟,塑性铰长度,影响因素,计算模型

*国家自然科学基金资助(51078037)
II
Abstract

The reinforced concrete frame structure will generate plastic deformation under the
action of the plastic deformation is mainly concentrated on the plastic
, many scholars should emphasis on it. Since the 1950s,many formulas of
plastic-hinge length have been proposed on the basis of test by scholars. However,due to the
different experimental factors,the formulas used parameters is different. Some important
parameters were not reflected in it, such as fc et al. So considering the main affecting factors
of the plastic hinge l