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在进行基础的承载性能及破坏特征研究时,将柱、基础、地基三者视为一个有机整体进行分析更接近框架结构底层柱端的真实情况。采用反弯点法对多层框架结构和高层框架结构设计计算时,通常假设底层柱柱底为理想固支且底层柱反弯点在距柱底2/3位置处,而考虑到地基对基础的约束作用,柱底端嵌固效果能否达到刚性以及由此产生的基础承载性能和破坏形态的变化,仍需要进一步探究。
本文制作了5个不同轴压比和基础高度的弹性地基-独立基础-钢筋混凝土柱子结构,通过放置在本课题组设计的弹性地基模拟装置上考虑土-结构相互作用,将柱、基础、地基三者视为有机整体进行了承载性能试验,获取了子结构的破坏形态、柱顶荷载-位移曲线、钢筋及混凝土应变、基础挠度和基底反力等结果。发现随着基础高度减小或轴压比增大,子结构破坏形态由柱大偏压破坏逐渐向基础弯曲破坏发生转变;认为当子结构达到峰值位移后,其承载能力主要由破坏控制截面所在结构贡献;基础挠度在竖向轴力和水平位移下均发生转折,减小基础高度或增大轴压比会使转折点提前出现且之后增长加快,此时基础对柱的嵌固性能快速下降;地基反力在轴压比较大和基础高度较小时呈现出一定的马鞍型分布。
通过ABAQUS有限元软件建立子结构模型并验证,分析了柱纵筋配筋率、柱截面尺寸、基础边长比、基础尺寸对子结构的承载性能和破坏形态的影响。认为增大柱配筋率可以有效提升子结构承载能力及柱端嵌固能力,破坏形态由柱的大偏压破坏转变为柱和基础的共同破坏;增大柱截面尺寸可以显著提升子结构承载能力和柱端嵌固能力,破坏形态由柱的大偏压破坏转变为基础的弯曲破坏;基础边长比的增大对子结构承载能力和柱端嵌固能力表现出先减小后增大最后再减小的变化趋势,破坏形态由柱的大偏压破坏转变为柱和基础的共同破坏;增大基础尺寸可以一定提升子结构承载能力和柱端嵌固能力,但承载能力会更早下降,破坏形态由柱和基础的共同破坏转变为柱的大偏压破坏。
分别推导了子结构发生基础破坏和柱破坏时的柱边和柱底截面承载能力,通过试验实测弯矩、计算弯矩以及截面承载能力的对比,认为现行规范中采用梯形塑性绞线理论计算基础的承载能力偏于不安全,建议采用井字形塑性绞线理论进行计算。通过计算子结构不同破坏形态的承载能力,认为其中最小值可以作为子结构承载能力并具有一定安全性,同时也可作为判断子结构破坏形态的依据。
本文制作了5个不同轴压比和基础高度的弹性地基-独立基础-钢筋混凝土柱子结构,通过放置在本课题组设计的弹性地基模拟装置上考虑土-结构相互作用,将柱、基础、地基三者视为有机整体进行了承载性能试验,获取了子结构的破坏形态、柱顶荷载-位移曲线、钢筋及混凝土应变、基础挠度和基底反力等结果。发现随着基础高度减小或轴压比增大,子结构破坏形态由柱大偏压破坏逐渐向基础弯曲破坏发生转变;认为当子结构达到峰值位移后,其承载能力主要由破坏控制截面所在结构贡献;基础挠度在竖向轴力和水平位移下均发生转折,减小基础高度或增大轴压比会使转折点提前出现且之后增长加快,此时基础对柱的嵌固性能快速下降;地基反力在轴压比较大和基础高度较小时呈现出一定的马鞍型分布。
通过ABAQUS有限元软件建立子结构模型并验证,分析了柱纵筋配筋率、柱截面尺寸、基础边长比、基础尺寸对子结构的承载性能和破坏形态的影响。认为增大柱配筋率可以有效提升子结构承载能力及柱端嵌固能力,破坏形态由柱的大偏压破坏转变为柱和基础的共同破坏;增大柱截面尺寸可以显著提升子结构承载能力和柱端嵌固能力,破坏形态由柱的大偏压破坏转变为基础的弯曲破坏;基础边长比的增大对子结构承载能力和柱端嵌固能力表现出先减小后增大最后再减小的变化趋势,破坏形态由柱的大偏压破坏转变为柱和基础的共同破坏;增大基础尺寸可以一定提升子结构承载能力和柱端嵌固能力,但承载能力会更早下降,破坏形态由柱和基础的共同破坏转变为柱的大偏压破坏。
分别推导了子结构发生基础破坏和柱破坏时的柱边和柱底截面承载能力,通过试验实测弯矩、计算弯矩以及截面承载能力的对比,认为现行规范中采用梯形塑性绞线理论计算基础的承载能力偏于不安全,建议采用井字形塑性绞线理论进行计算。通过计算子结构不同破坏形态的承载能力,认为其中最小值可以作为子结构承载能力并具有一定安全性,同时也可作为判断子结构破坏形态的依据。