本文是一篇土木工程论文，本文通过对不同模型的滞回曲线和骨架曲线的分析，以承载力、位移延性、刚度退化和耗能能力为抗震性能的评价指标。
第1章 绪论
1.1 课题的研究背景和意义
把截面形状为“十”字形、“L”形、“T”形、“Z”形等不是矩形以外的柱子称为异形柱，把肢高（h）与肢厚（b）之比大于4小于5的异形柱称为宽肢异形柱。不同截面的异形柱如图1-1所示。
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随着现代社会的发展，人们在住房质量和水平上面有了更高的要求，T形、L形、Z形和十字形截面异形柱与正常截面矩形柱相比，有效避免室内出现柱棱角，增大使用空间和提升户型美观，而且钢筋混凝土异形柱框架结构体系布置具有更加灵活、刚度高，质量轻的特点，可广泛应用于多层建筑住宅。随着2017年《混凝土异形柱结构技术规程》[1](JGJ 149- 2017）和2021年《关于加强县城绿色低碳建设通知（征求意见稿）》的颁布，异形柱结构体系被赋予了新的重要研究意义，在工程的应用前景方面及其广阔。
县城为载体的城镇化是我国的重要特征之一，改革开放以来，我国城镇化建设越来越受到重视，且取得显著成就。但依然有大量问题存在，如：规模的无序扩张、不合理的布局、高密度、低质量的生活环境等，其县城开发建设方式迫切需要改变，促进县城建设绿色发展。征求意见稿指出消防救援能力必须与县城居住建筑的高度相匹配。县城新建住宅以6层为主，75%以上的住宅建筑都应该低于6层。新建住宅的最高层数为18层，如果需要建设超过18层的居住建筑的，应该进行严格论证。在异形柱结构技术规程中规定了应用异形柱体系的建筑高度，混凝土异形柱框架结构房屋适用高度范围是12~28m，异形柱框架剪力墙结构房屋适用高度范围是28~58m，该高度范围包含在征求意见稿中。
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1.2 异形柱结构的国内外研究进展
T形、L形、Z形和十字形等异形柱与正常截面矩形柱相比，具有良好使用功能而且研究意义和应用前景广阔，已受到国内外学者和建筑业广泛关注。全面详细了解异形柱领域进展，对科研人员、建筑施工单位有巨大的参考价值。以Web of Science数据库及中国知网作为数据源，基于文献计量学的原理，使用定性和定量研究方法，利用可视化分析软件VOS viewer软件，梳理2010~2021年发表的国内外SCI、核心期刊中异形柱领域文献，对研究热点、知识基础和演化趋势三个方面进行对比分析，以理论研究和实际应用两个方面为异形柱领域提供指导和参考。
VOS viewer是荷兰莱顿大学科技研究中心于2009年开发，主要面向文献数据，适应于无向网络分析。“知识图谱”是利用空间，形象生动地展现学科领域研究热点、知识结构、发展历程及分布情况的可视化和序列化图像[3]。
1.2.1 异形柱结构的国外研究进展
2000年，日本Koichi Maekawa等，研究了任意截面形式的混凝土柱的在纵向钢筋屈服后的抗剪承载力和延性，并对影响屈服后变形能力的因素进行了参数研究。最后，提出了简化延性公式，以总结影响因素的敏感性[5]。
2004年，J.L.bonet等相关专家认为异形柱在双向偏心荷载情况下，开发新的计算方式，让其计算结果在异形柱表面破坏曲面中得到应用[6]。
2014和2015年新加坡南洋理工大学B Li和TP Pham为了评估在中低地震风险地区使用L形异形柱的适用性，对10根钢筋混凝土L形柱进行试验研究，表明L形柱具有良好的抗震性能；L形柱的破坏机理主要是竖向劈裂裂缝；L形柱的抗剪强度不受轴力水平和水平力方向的显著影响，而初始刚度受长宽比的显著影响。进一步的分析表明，忽略翼缘的影响，ACI 318-11中的剪切方程（墙体特殊规定）可以很好地估算L形柱的抗剪强度 [7-8]。
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第2章 钢筋混凝土宽肢异形柱框架模型建立及验证
2.1 试验概述
2.1.1 试验模型的设计
本章异形柱框架有限元分析以已有结构试验数据为依托，依据异形柱框架结构试验数据精准创建有限元模型，用来模拟真实的受力情况，且与实际结构试验框架的抗震性能进行对比拟合。由于结构试验室试验条件限制，本章参照模拟的异形柱框架试验模型为1/3缩尺的三层两跨宽肢异形柱框架试件，三层以上部分以竖向千斤顶施加轴向力代替。
2.1.2 试验模型的配筋 1/3缩尺钢筋混凝土宽肢异形柱框架试件的截面配筋和几何尺寸如下图所示。
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2.2 有限元分析软件ABAQUS简介
由于计算机硬件的快速发展使得数值仿真技术在21世纪应用于各个方面，对于解决社会各界的科学技术难题做出了巨大的贡献，在我们解决工程科学问题时，有限元计算软件成为了重要工具和沟通桥梁。ABAQUS广泛应用于各个研究领域，既能解决线性问题，也能解决非线性问题。
对钢筋混凝土宽肢异形柱框架在往复荷载作用下的抗震性能的影响因素如：肢高肢厚比、轴压比、混凝土的配筋率和混凝土强度等级等存在很多。由于现实条件下，时间和成本的限制，针对每一个影响参数做大量的结构试验是不可能实现的。与此同时，在真正的试验过程中，也会由于一些失误导致得到的实验数据不准确等，或者由于一些操作性过于复杂、仪器设备需求较高、资金投入较大等原因影响了结构试验的进行。此时，运用有限元技术软件则可以很好的解决这个问题。
有限元分析作为一项主要的计算机辅助工程(CAE)技术，在企业创新和科研攻关中起到了重要的作用，在工艺参数优化、产品创新设计和制造过程分析中得到了广泛应用。
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第3章 混凝土纯异形柱框架有限元模拟及参数分析 ·························· 29
3.1 试验概述 ............................. 29
3.2 宽肢对改善普通混凝土异形柱破坏特征效果研究 .................... 30
第4章 混凝土宽肢异形柱框架数值计算参数分析 ······················ 49
4.1 概述 ................................ 49
4.2 轴压比 ........................... 49
第5章 宽肢混凝土异形柱框架结构恢复力研究 ···················· 65
5.1 引言 ................................... 65
5.2 恢复力模型确定方法和成果 ............................ 65
第5章 宽肢混凝土异形柱框架结构恢复力研究
5.2 恢复力模型确定方法和成果
5.2.1 恢复力模型的组成
目前，国内外恢复力模型研究中，主要有两种，分别为折线和曲线型，曲线型模型精度高，但计算复杂、耗时长；折线型模型[47]可分为双线型、三线型和四线型，能一定程度反应结构及构件的强度、刚度退化规律，且计算简单，广泛应用于各类工程中。
恢复力模型研究的三个层次如表5-1所示[48]，本章研究宽肢异形柱框架结构是属于第三层次的恢复力模型的研究。
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模型确定方法主要由以下三种方法确定[49]：理论计算法、拟合法和系统识别法。本文以宽肢异形柱框架结构为研究对象，通过拟合法确定其恢复力模型。
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结论与展望
根据钢筋混凝土宽肢异形柱和钢筋混凝土异形柱的框架试验，利用ABAQUS软件建立有限元模型，施加低周反复荷载。通过改变轴压比、混凝土强度、肢高肢厚比和柱筋直径，设计了29个有限元模型。通过对不同模型的滞回曲线和骨架曲线的分析，以承载力、位移延性、刚度退化和耗能能力为抗震性能的评价指标，得出以下结论：
（1）通过对钢筋混凝土宽肢异形柱框架和钢筋混凝土异形柱框架的试验结果和有限元模型计算结果的对比分析，验证了模型的有效性和合理性，可用于异形柱框架抗震性能的有限元分析。同时根据两榀框架破坏特征对比，发现宽肢对改善普通异形柱框架抗震特性有显著效果，为提高异形柱住宅楼层高度提出了切实有效的措施。
（2）增大轴压比，能够提高框架模型的能量耗散系数和等效刚度，但是框架的极限承载力下降，破环位移降低，刚度退化加快，变形能力下降。宽肢异形柱框架的屈服位移是先减小后增大，异形柱框架的屈服位移一直减小。随位移增大，K-Y-ZYB-4和K-Y-ZYB-5比K-Y-ZYB-1～K-Y-ZYB-3的刚度退化较快，说明轴压比超过0.2035以后，宽肢异形柱框架结构变形能力较差，在地震作用下破坏较快，超过0.2668之后，有限元模型计算无法通过，过大轴压比导致结构失效。从整体来看，轴压比较小时，可以延缓结构的损伤，减少结构的破坏。
（3）提高混凝土强度，能够提高框架结构的极限荷载和等效刚度，但会加快刚度退化，屈服位移和破坏位移下降。宽肢异形柱框架的位移延性系数先增大后减小，K-Y-HNT-12～K-Y-HNT-14对比于K-Y-HNT-11分别增加了8.4%、3.91%和8.24%，K-Y-HNT-15相较于K-Y-HNT-11减少了10.12%，变形能力先增加后减小，C35的变形能力最佳；异形柱框架的位移延性系数则是略有起伏，C45的混凝土变形能力最差。增大混凝土强度能增加能量耗散系数，增强构件耗能能力，提高抗震性能。
参考文献（略）