薄壁方鋼管混凝土軸壓短柱有限元分析

《薄壁方鋼管混凝土軸壓短柱有限元分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、馬忠古等：薄壁方鋼管混凝土軸壓短柱有限元分析77薄壁方鋼管混凝土軸壓短柱有限元分析馬忠吉，韓素濱【1．哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計研究院，哈爾濱150090；2．黑龍江省新建監(jiān)獄3-程設(shè)計科。哈爾濱150069)【摘要】依據(jù)合理簡化的力學(xué)模型，利用大型有限元軟件ABAQUS建立了精細(xì)化有限元模型，通過合理選取材料的本構(gòu)模型，對薄壁方鋼管高強混凝土短柱力學(xué)性能進(jìn)行了有限元分析。研究了混凝土與鋼管之問的摩擦對薄壁方鋼管屈曲模態(tài)的影響，鋼管與混凝土之間不同接觸方式、不同的初始缺陷對薄壁方鋼管高強混凝土短柱承載能力的影

2、響，并將數(shù)值分析結(jié)果同文獻(xiàn)提出的公式進(jìn)行比較，證實了本文有限元模型的可行性?！娟P(guān)鍵詞】薄壁方鋼管混凝土；屈曲模態(tài)；非線性有限元分析【中圖分類號】TU375．3【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B【文章編號】1001—6864(2012)03—0077—02方鋼管高強混凝土具有承載力高、抗震性能好的優(yōu)點，值應(yīng)力前采用線性增長。在下降段采用線性下降，考慮鋼同時外包鋼管可以作為施工模板，所以方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)筋混凝土的受拉硬化效應(yīng)。極限拉應(yīng)力取為0．02A．為抗施工方便快捷，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益?。以前，鋼管混凝土拉強度。最終采用的混

3、凝土單軸應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系表達(dá)式見結(jié)構(gòu)主要用于高層、大跨結(jié)構(gòu)和重型工業(yè)廠房，因此要求鋼參考文獻(xiàn)[4]。在本文中，混凝土單軸抗壓強度等級為C60，管混凝土柱的鋼管較厚，徑厚比通常較小，規(guī)范規(guī)定，當(dāng)取為47．4MPa，單軸抗拉強度取為4．7MPa。方鋼管混凝土徑厚比小于6035時，可不考慮鋼管的鋼管、采用ABAQUS軟件中提供的等向硬化彈塑性局部屈曲。隨著建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，對結(jié)構(gòu)的抗震要求模型，采用VonMises屈服準(zhǔn)則，YonMises屈服準(zhǔn)則適用于越來越高，因此在抗震地區(qū)，為了提高高強混凝土的延性，模擬與

4、靜水壓力無關(guān)的材料的力學(xué)性能，屈服面為連續(xù)曲同時也為了取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，可以在一些中、低層建筑線，在數(shù)值計算中易于處理，適用于鋼材的非線性有限元分物、中等跨度結(jié)構(gòu)和普通工業(yè)廠房中使用薄壁方鋼管高強析，計算結(jié)果很接近材料的真實狀態(tài)。鋼管應(yīng)力應(yīng)變曲線混凝土柱。然而，隨著鋼管寬厚比的增大，薄壁鋼管的局部采用文獻(xiàn)[4]表達(dá)，鋼筋屈服應(yīng)力315MPa，鋼材的彈性模量屈曲對薄壁鋼管高強混凝土柱承載能力的影響不可忽略。取2．06X10MPa，塑性強化階段彈性模型取0．01E。隨著有限元法的不斷發(fā)展，在鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)

5、構(gòu)和組(3)單元劃分?；炷敛捎肅3DSR單元。經(jīng)過網(wǎng)格合結(jié)構(gòu)的分析中得到了越來越多的應(yīng)用，有限元方法也成試驗，在網(wǎng)格劃分上進(jìn)行了優(yōu)化網(wǎng)格尺寸為20mm，不僅滿為了除試驗研究、理論分析之后的第三種結(jié)構(gòu)分析方法，運足了計算的經(jīng)濟(jì)性，同時也保證了有限元分析結(jié)果的精度。用有限元法可以得到試驗中很難得到的一些重要的結(jié)構(gòu)反應(yīng)信息。本文利用大型有限元軟件ABAQUS建立了精細(xì)化有限元模型，研究了混凝土與鋼管之間的摩擦對薄壁方鋼管高強混凝土短柱屈曲模態(tài)的影響，深入分析了鋼管與混凝土之間不同接觸方式、不同初始缺陷對薄壁方

6、鋼管高強混凝土短柱承載能力的影響。1有限元計算模型(a)核心混凝土(b)薄壁鋼管(1)模型設(shè)計。本文設(shè)計了一組鋼管混凝土柱并進(jìn)行承載能力有限元分析，分析中考慮的參數(shù)為鋼管與混凝土之圖1試件的有限元模型間的不同接觸方式，包括允許鋼管與混凝土表面分開與不允許分開，鋼管初始缺陷峰值分別取為0．2、0．5、1、2mm。圖1鋼管采用四點縮減積分殼單元S4R。在厚度方向，采用所示為鋼筋混凝土對比試件和鋼管約束鋼筋混凝土柱的截面7個Simpson積分點，這種單元具有較高的精度，也可以減少形式?；炷林孛娉叽鐬?00m

7、mX200mm。試件高度為許多自由度，提高了計算的效率，網(wǎng)格尺寸為20mm。600mm，鋼管厚度為1．5mm，鋼管的徑厚比為133。(4)邊界條件。試件在底端約束三個平動自由度和(2)材料本構(gòu)關(guān)系。ABAQUS軟件的材料模型庫提三個轉(zhuǎn)動自由度，加載端約束除軸向外五個自由度。鋼管供了大量的非線性本構(gòu)模型，本文混凝土的受壓應(yīng)力應(yīng)變與混凝土之間的接觸采用界面單元模擬混凝土與鋼管之間曲線采用了韓林海建立的適用于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)分析的的接觸，摩擦系數(shù)取為0．20J。計算中，采用位移加載方應(yīng)力應(yīng)變曲線，該曲線較好的模擬

8、了混凝土材料受壓破壞式，計算時，采用增量迭代法求解非線性方程。全過程的特征，適用于圓形和方形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的非線2計算結(jié)果分析性有限元分析。受拉段的曲線采用雙線性關(guān)系式，達(dá)到峰(1)屈曲模態(tài)分析。依據(jù)以上建立的有限元模型，對78低溫建筑技術(shù)2012年第3期(總第165劃)試件進(jìn)行了模態(tài)分析，計算分析中取前十階模態(tài)，圖2給出于方鋼管混凝土短柱，前十階模態(tài)的特征值非常接近，因此了前三階屈曲模態(tài)，由圖可以看出，由于核心混凝土的存在實