帶約束拉桿方形鋼管混凝土軸壓短柱的工作機(jī)理

《帶約束拉桿方形鋼管混凝土軸壓短柱的工作機(jī)理》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、文章編號:1000-565X(2013)10-0117-09帶約束拉桿方形鋼管混凝土軸壓短柱的工作機(jī)理*劉鴻亮1蔡健1，2(1．華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院，廣東廣州510640;2．華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)國家重點實驗室，廣東廣州510640)摘要:提出了適用于帶約束拉桿方形鋼管混凝土短柱有限元分析的核心混凝土單軸應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系模型;基于ABAQUS大型通用有限元平臺，考慮試件受力過程中多種材料泊松比變化及本構(gòu)關(guān)系非線性等因素，編寫了USDFLD子程序，并建立了帶約束拉桿方形鋼管混凝土短柱的有限元模型;從應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系，鋼管、核心混凝土及約束拉桿三者之間的

2、約束作用、核心混凝土縱向應(yīng)力分布等方面討論了帶約束拉桿方形鋼管混凝土短柱的工作機(jī)理．結(jié)果表明:采用文中提出的有限元模型模擬得到的結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好;設(shè)置約束拉桿能夠減緩并延遲鋼管的向外局部屈曲，使鋼管屈服發(fā)生在極限承載力之前，增強(qiáng)鋼管角部和中部對核心混凝土的約束作用，提高核心混凝土的縱向應(yīng)力，從而提高試件的承載力和延性;隨著約束拉桿間距的減小，鋼管角部和中部對核心混凝土的約束作用明顯增大．關(guān)鍵詞:約束拉桿;方形鋼管混凝土;混凝土單軸應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系模型;泊松比;約束作用中圖分類號:TU398doi:10．3969/j．issn．1000-565X．2013．

3、10．019凝土柱，并進(jìn)行了抗震性能試驗，結(jié)果表明設(shè)置栓釘對提高試件的抗震性能無明顯作用;Cai等［6］提出了在方形鋼管四邊的中部設(shè)置水平約束拉桿的截面加強(qiáng)措施，并對帶約束拉桿方形鋼管混凝土柱的軸壓性能進(jìn)行了基礎(chǔ)性試驗研究，研究成果已成功應(yīng)用于廣州新中國大廈［7］、廣州名匯商業(yè)大廈［8］、廣州名盛廣場［9］等超高層建筑，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益．文獻(xiàn)［10］進(jìn)行了14個帶約束拉桿方形鋼管混凝土單向偏壓柱試件的試驗研究，且采用帶約束拉桿方形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系，利用條帶法對試件承載力進(jìn)行了數(shù)值計算，計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好，由此提出了帶約束拉桿方形鋼管混凝土偏方

4、形鋼管混凝土柱具有制作方便、節(jié)點構(gòu)造簡單、與梁連接容易處理、施工方便、易于符合建筑平面要求、截面相對開展而慣性矩大等優(yōu)點．一般截面形式的方形鋼管對核心混凝土的約束作用主要集中在4個角部，在4條邊的中部幾乎為零，整體約束效應(yīng)小，承載力及延性遠(yuǎn)低于圓形鋼管混凝土柱，其潛在的材料性能沒能得到充分發(fā)揮．針對一般截面形式的方形鋼管混凝土柱的上述缺點，一些學(xué)者提出了改進(jìn)的方法．如Tao、黃宏等［1-4］提出了帶肋方形鋼管混凝土柱，并進(jìn)行了試驗研究和數(shù)值仿真，結(jié)果表明該方法能提高試件的承載力，但對延性的影響不明顯;梁江浩等［5］提出了設(shè)置栓釘?shù)姆叫武摴芑焓崭迦掌?2013-

5、01-25*基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(50878087);亞熱帶建筑科學(xué)國家重點實驗室項目(X2TJ-C709025z);亞熱帶建筑科學(xué)國家重點實驗室自主研究課題(2011ZC28，2011ZC25);華南理工大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目(2012ZB0025)作者簡介:劉鴻亮(1981-)，男，博士生，主要從事結(jié)構(gòu)工程研究．E-mail:hongliang0608@163．com通信作者:蔡健(1959-)，男，博士，教授，主要從事結(jié)構(gòu)工程研究．E-mail:cvjcai@scut．edu．cn118華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第

6、41卷壓柱承載力的簡化計算公式．文獻(xiàn)［11-12］基于約束混凝土的原理提出帶約束拉桿方形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系，采用纖維模型法自編程序?qū)ξ墨I(xiàn)［6］中的軸壓試件進(jìn)行了荷載－變形全過程分析．文獻(xiàn)［13］采用帶約束拉桿方形鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系，基于纖維模型法對帶約束拉桿方形鋼管混凝土柱單向和雙向偏壓延性進(jìn)行了系統(tǒng)分析，提出了計算單向和雙向偏壓延性的簡化公式．從上述研究可見，現(xiàn)有的研究主要集中在構(gòu)件承載力計算及相關(guān)計算公式的推導(dǎo)、荷載－變形曲線、延性計算公式等方面，對構(gòu)件中涉及材料的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系，鋼管、核心混凝土及約束拉桿的相互約束作用，截面應(yīng)力分布等研究較少，而這些

7、問題的解決關(guān)系到能否深入分析帶約束拉桿方形鋼管混凝土柱的受力性能及破壞機(jī)理．文中考慮約束拉桿的約束作用，修正了文獻(xiàn)［14］中的核心混凝土單軸應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系模型，提出了適用于帶約束拉桿方形鋼管混凝土柱有限元分析的核心混凝土單軸應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系模型．基于ABAQUS大型通用有限元平臺進(jìn)行二次開發(fā)，引入應(yīng)力場變量，編寫了USDFLD子程序，考慮構(gòu)件受力過程中多種材料泊松比變化及本構(gòu)關(guān)系的非線性等關(guān)鍵因素，建立了帶約束拉桿方形鋼管混凝土柱的有限元模型．從應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系，鋼管、核心混凝土及約束拉桿三者之間的約束作用，核心混凝土縱向應(yīng)力分布等方面討論其工作機(jī)理;為該新型帶約

8、束拉桿方形鋼管混凝土柱在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)