带施工缝的钢筋混凝土框架柱抗震性能的有限元分析摘要：为了研究带施工缝的钢筋混凝土框架柱的抗震性能,在进行试验研究后，利用ANSYS软件建立框架柱模型，并进行低周反复荷载数值分析，对框架柱模型的滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力等进行对比研究表明：在中低轴压比下，带缝柱的抗震性能低于整浇柱，工况1柱的抗震性能高于工况2柱，而在高轴压比下，带缝柱的抗震性能不低于整浇柱关键词：ANSYS，钢筋混凝土框架柱，施工缝，低周反复荷载，轴压比，抗震性能Finite element analysis on seismic behavior of RCframe columns with construction jointAbstract: In order to study the overall seismic performance of RC frame columns with construction joint, the models of RC frame columns has established by the ANSYS, after the experiment research. Comparing the hysteresis curve, the skeleton curve and the ductility and energy dissipation of the models with each others, the study shows that: under low axial compression ratio, the seismic performance of columns with construction joint are lower than the whole columns, the seismic performance of working condition 1 columns are higher than working condition 2 columns, and under the high axial compression ratio, the seismic performance of columns with construction joint are not less than the whole columns.Keyword: ANSYS, RC frame columns, construction joint, low-cycle repeated load, axial compress ratios, the seismic performance引言由于施工组织和施工工艺等方面的原因，钢筋混凝土结构会在先后浇筑的混凝土接槎界面处形成施工缝，试验表明其抗拉和抗剪强度均远低于整浇混凝土 [1-2]。
由于施工缝留设的位置一般在柱底部或梁柱交界面，属于结构中受力较大且复杂的部位，因此施工缝引起的问题应得到足够重视目前国内外对于带施工缝的框架柱抗震性能研究比较少 [3-7]本文基于试验 [8]采用 ANSYS 软件模拟不同轴压比下整浇柱和规范留置施工缝（工况 1）柱，施工缝经过简单处理（工况 2）的柱的低周反复实验，力求细致研究轴压比对整浇柱和工况1 柱、工况 2 柱抗震性能的影响一、试验概况本实验共制作 9 根试件，分为 3 组，每组 1 根整浇试件，1 根按规范留置施工缝（工况 1）的试件，1 根施工缝经过简单处理（工况 2）的试件三组构件分别在0.23，0.34，0.46 的试验轴压比（分别对应 0.4，0.6，0.8 的设计轴压比）进行低周反复试验1.试验材料（1）混凝土材料：混凝土设计强度等级 C30，水泥使用冀东水泥有限公司生产的 32.5 普通硅酸盐水泥，细骨料为中砂，粗骨料为粒径 5-25mm 的碎石2）钢筋：各试验梁纵筋均采用直径 18mm 一级钢筋,测得其屈服强度为 275 N/mm2，箍筋为直径 6mm 一级钢筋，测得其屈服强度为 324 N/mm2，弹性模量为 2.1×106 N/mm2。
2.试验构件构件制作完成后在标准条件下养护，试验柱编号参见表 1，配筋及加载点布置见图 1表 1 试件编号Tab.1 Experimental numbers试验轴压比 整浇 工况 1 工况 20.23 Z1 Z2 Z30.34 Z4 Z5 Z60.46 Z7 Z8 Z9图 1 试验柱配筋、加载点布置图Fig.1 Experimental columns reinforcement, loading joint layout 共浇筑了 9 根试件，其中 3 根整浇试件作为对比试件，其他 6 根试件分两种方法留设施工缝方法 1 是按照规范要求处理：去除浮浆和松动石子，清洗干净，充分湿润，铺一层10mm 厚水泥砂浆，记为工况 1；方法 2 是去除浮浆和松动石子，清洗干净，充分湿润，直接浇注上部混凝土，记为工况 2施工缝设置在距梁底和梁顶 30mm 处3.实验结果-10-5005010-30 -20 -10 0 10 20 30Δ /mP/KN Z1Z2Z3-10-5005010-30 -20 -10 0 10 20 30Δ /mP/KN Z4Z5Z6-10-5005010-30 -20 -10 0 10 20 30Δ /mP/KN Z7Z8Z9轴压比为 0.23 对应的滞回曲线 轴压比为 0.34 对应的滞回曲线 轴压比为 0.46 对应的滞回曲线图 2 框架柱滞回曲线Fig.2 Skeleton curves of frame columns从图 2 可以看出，滞回曲线在屈服前都呈线性，刚度退化不明显，残余变形很小。
随着反复荷载作用在试件上，试件逐渐屈服，试件的位移-荷载曲线逐渐表现出非线性，刚度退化和残余变形变大，9 根试件的滞回曲线有了不同在中低轴压比下，工况 1 试件的滞回曲线好于工况 2 试件，耗能能力和塑性变形能力强，和整浇试件的抗震性能相差不大；在高轴压比下，整浇试件、工况 1 试件和工况 2 试件的滞回曲线相差不大，耗能能力和塑性变形能力增强二、卧位试验有限元模型的建立1.模型单元的选择ANSYS建模时，选用钢筋混凝土分离式建模，混凝土采用Solid65 单元，钢筋采用Link8 单元，模拟施工缝选用combin39三向组合单元，刚性垫块采用Solid45单元2.模型单元的本构关系混凝土本构关系选用多线性等向强化模型钢筋的应力-应变关系采用二折线理想弹塑性应力应变关系本模型中采用弹簧组合来模拟施工缝，一个弹簧沿柱子轴向变形，提供轴向约束，另两个弹簧沿施工缝平面变形，提供切向约束工况1、2的框架柱弹簧单元的本构关系如图3所示8-7-6-5-4-3-2-101-3 -2 -1 0 1 2 3Δ /mP/N工 况 1工 况 2-50-40-30-20-1001020304050-10 -5 0 5 10Δ /mP/N工 况 1工 况 2框架柱水平方向的位移-荷载曲线 框架柱竖向的位移-荷载曲线图 3 框架柱位移-荷载曲线Fig.3 The displacement of the frame column load curve3.模型验证（1）滞回曲线比较。
所得滞回曲线如图 4 所示，有限元分析所得滞回曲线与试验所得滞回曲线形状较为相似，由于有限元分析不考虑钢筋与混凝土之间的滑移，故有限元分析的滞回曲线较为饱满，且滞回环较多，极限承载力较大但总体看来，有限元模型滞回曲线与试验值吻合较好10-5005010-30 -20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值-10-5005010-30 -20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值-10-5005010-20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值Z1 滞回曲线对比 Z2 滞回曲线对比 Z3 滞回曲线对比-10-5005010-30 -20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值-10-5005010-30 -20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值-10-5005010-20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值Z4 滞回曲线对比 Z5 滞回曲线对比 Z6 滞回曲线对比-10-5005010-20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值-10-5005010-30 -20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值-10-5005010-30 -20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值Z7 滞回曲线对比 Z8 滞回曲线对比 Z9 滞回曲线对比图 4 有限元计算滞回曲线与试验滞回曲线对比Fig.4 The contrast on hysteresis curves of finite element calculation and the experimental hysteresis curves（2）骨架曲线比较。
试验值与理论计算值的骨架曲线对比如图 5 所示，可以看出，有限元计算荷载-位移曲线与试验骨架曲线都经历了弹性、屈服和极限破坏三个阶段当荷载较小时，有限元计算值与试验值符合较好，但有限元计算的屈服荷载略大于试验值，框架柱达到最大承载力时，有限元计算的极限荷载值和位移值与试验值接近10-5005010-30 -20 -10 0 10 20 30Δ /mP/KN试 验 值理 论 值Z1 -10-5005010-30 -20 -10 0 10 20 30Δ /mP/KN试 验 值理 论 值Z2 -10-5005010-30 -20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值Z3 Z1 滞回曲线对比 Z2 滞回曲线对比 Z3 滞回曲线对比-10-5005010-30 -20 -10 0 10 20 30Δ /mP/KN试 验 值理 论 值Z4 -10-5005010-30 -20 -10 0 10 20 30Δ /mP/KN试 验 值理 论 值Z5 -10-5005010-20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值Z6 Z4 滞回曲线对比 Z5 滞回曲线对比 Z6 滞回曲线对比-10-5005010-30 -20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值Z7 -10-5005010-30 -20 -10 0 10 20Δ /mP/KN试 验 值理 论 值Z8 -10-5005010-30 -20 -10 0 10 20 30Δ /mP/KN试 验 值理 论 值Z9 Z7 滞回曲线对比 Z8 滞回曲线对比 Z9 滞回曲线对比图 5 有限元计算骨架曲线与试验骨架曲线对比Fig.5 The contrast on skeleton curve of finite element calculation and the experimental skeleton curves由此可知：有限元理论值与试验值吻合较好，说明有限元模型较为符合实际。
三、框架柱有限元模型的建立为了更深入研究实际框架结构中整浇柱和工况1柱与工况2柱在不同轴压比下的抗震性能，取混凝土的本构关系和钢筋的本构关系与卧位试验的有限元模型一致，建立框架柱有限元模型，分别在水平两个方向加载，进行模拟。