薄壁型鋼管混凝土組合柱軸壓受力性能分析

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1、浙江建筑，第27卷，第8期，2010年8月ZhejiangConstruction，Vo1．27，No．8，Aug．2010薄壁型鋼管混凝土組合柱軸壓受力性能分析Axialcompressionperformanceanalysisofthin-walledConcrete-FilledcompositeTubularSteelColumns趙滇生，帥耀鋒，陸長(zhǎng)春ZHAODian—sheng，SHUAIYao-feng，LUChang—chun(浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江杭州310014)摘要：采用ANSYS有限元程序模擬分析薄壁型鋼

2、管混凝土核心柱極限承載力，將結(jié)果與文獻(xiàn)[1]的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，兩者吻合較好。通過對(duì)3個(gè)系列共45個(gè)組合柱試件的非線性有限元分析，探討了核心混凝土強(qiáng)度等級(jí)、薄壁型鋼厚度和外圍混凝土配箍率對(duì)核心承載力的影響機(jī)理，最后對(duì)比分析了不同長(zhǎng)細(xì)比核心柱的截面穩(wěn)定系數(shù)妒，并提出合理取值。關(guān)鍵詞：薄壁型鋼管；組合柱；非線性有限元分析；極限承載力中圖分類號(hào)：TU375．3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008—3707(2010)08—0021—04鋼管混凝土構(gòu)件具有受壓承載力高，塑性和韌型的參數(shù)和文獻(xiàn)[1]中試件性好，節(jié)省材料，方便施工等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)荷載不大時(shí)，的

3、參數(shù)相同。試件截面尺可用薄壁型鋼管代替厚壁鋼管，節(jié)省用鋼。但鋼管寸均為220mmX220mm，高混凝土柱的鋼管直接暴露在外，需要進(jìn)行防銹、防腐度660mm，縱筋采用12mm及防火處理。薄壁鋼管混凝土核心柱在薄壁鋼管混變形鋼筋，屈服強(qiáng)度391MPa；凝土外包一層普通鋼筋混凝土，既利用了鋼管混凝箍筋采用8mm光圓鋼筋，圖1模型截面土良好的受力性能，又克服了薄壁型鋼管直接暴露屈服強(qiáng)度293MPa，箍筋間在其工作環(huán)境中的缺點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和工距為50mm，截面見圖1，試程應(yīng)用前景。件參數(shù)見表1。鋼管混凝土和型鋼混凝土研究比較全面，已有相應(yīng)的

4、設(shè)計(jì)或施工規(guī)范規(guī)程，而國(guó)內(nèi)外研究薄壁型鋼外表1組合柱試件參數(shù)包鋼筋混凝土組合柱的相關(guān)資料較少，缺乏設(shè)計(jì)依據(jù)。在收集了國(guó)內(nèi)外同類型構(gòu)件試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用ANSYS有限元軟件，通過和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，驗(yàn)證了利用有限元軟件模擬試驗(yàn)的可行性，并在此基礎(chǔ)上綜合分析薄壁型鋼管混凝土組合柱的受力性能及注：d一鋼管直徑，一鋼管厚度一混凝土軸心受壓強(qiáng)度。其影響因素，以及在不同長(zhǎng)細(xì)比下截面穩(wěn)定系數(shù)。1．2建立有限元分析模型1有限元模型的建立(1)薄壁型鋼管內(nèi)核心混凝土和管外混凝土都1．1試件設(shè)計(jì)．選用solid65單元，該單元適用于含鋼筋或不含鋼筋為了驗(yàn)證

5、有限元分析模擬的可行性，有限元模的三維實(shí)體模型，可模擬混凝土的開裂(三個(gè)正交收稿日期：2010—03—25作者簡(jiǎn)介：趙滇生(1957一)，男，浙江義烏人，副教授，研究方向?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)。22浙江建筑2010年第27卷方向)，壓碎，塑性變形及徐變，具有材料非線性處(2)薄壁型鋼采用理功能，本構(gòu)關(guān)系采用多線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型MISO。shelll81單元，該單元適用核心混凝土由于受到鋼管的約束，處于三向軸壓狀于薄到中等厚度的殼結(jié)態(tài)，而在模型的計(jì)算中核心混凝土的泊松比始終取構(gòu)，具有應(yīng)力剛化及大變0．2，鋼管的環(huán)箍效應(yīng)很難模擬出來(lái)，所以核心混凝形

6、、非線性功能。本構(gòu)關(guān)土本構(gòu)關(guān)系選用文獻(xiàn)[2]中推導(dǎo)的本構(gòu)關(guān)系，模擬系采用雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模圖2鋼管、鋼筋鋼管對(duì)核心混凝土的環(huán)箍效應(yīng)。型BKIN，泊松比取0．3。網(wǎng)格劃分圖縱筋和箍筋采用link8單當(dāng)時(shí)，一()-]元，該單元是桿軸方向的拉壓?jiǎn)卧?，只承受單軸的拉當(dāng)s>0時(shí)，or=or0(1一g)+oroqf旦1壓，不承受彎矩，符合縱筋和箍筋的受力特點(diǎn)，本構(gòu)關(guān)、8o／系采用雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型BKIN。單元?jiǎng)澐忠妶D2。(>0．92)(3)模型采用分離式建模，由于核心混凝土在受力過程中擠壓鋼管，接觸緊密，外包混凝土受箍筋)南0．92)作用與鋼管之間也

7、不易產(chǎn)生滑移，不易發(fā)生粘結(jié)滑移破壞，所以核心混凝土、鋼管和外部混凝土采用共式中：0=1300+14．9k，用節(jié)點(diǎn)建模，不考慮粘結(jié)滑移效應(yīng)。1400+soo(，(4)組合柱采用一端自由，一端固結(jié)的方式加載，為了避免應(yīng)力集中，在組合柱的頂端增加剛性墊=1300+14．3k，A=2．0一K，B=1．0一K，板，定義其剛度、強(qiáng)度足夠大。(5)分析中，分兩個(gè)荷載步加載，第一荷載步取-o·1G0"745q，100個(gè)子步，第二荷載步取200個(gè)子步。此外，為了JB=(z36×10．5)o．25+f,~-o．s)75．0×k)1．0×10_4加速收斂，打開

8、線性搜索和預(yù)測(cè)器。加載時(shí)采用位一混凝土標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度；移加載，采用殘余力的二范數(shù)控制收斂。一約束特征系數(shù)(=)；2計(jì)算結(jié)果及分析一鋼管混凝土屈服極限；一構(gòu)件截面含鋼率(=A／A)；試件破壞時(shí)的變形見