矩形鋼管柱和鋼管混凝土柱的鋼梁分析

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1、76低溫建筑技術(shù)2014年第9期(總第195期)矩形鋼管柱和鋼管混凝土柱的鋼梁分析劉志全，王穎(沈陽工業(yè)大學(xué)。沈陽110870)【摘要】利用有限元軟件ABAQUS模擬計算以螺栓連接的矩形鋼管柱一鋼梁節(jié)點和矩形鋼管混凝土柱一鋼梁節(jié)點，這兩種節(jié)點都是通過螺栓和法蘭板施加預(yù)緊力連接的，在建立節(jié)點模型時，鋼管采用殼單元(S4R)，鋼梁和混凝土采用實體單元(C3D8R)。模擬結(jié)果表明：本研究選取軸壓比為0．3，經(jīng)過計算后選用柱頂承載力相同的節(jié)點，以低周循環(huán)荷載加載方式對這兩種節(jié)點進(jìn)行加載，通過對荷載一位移滯回曲線、耗能性能、骨架曲線、剛度及強(qiáng)度退化等分析，

2、了解二者的抗震性能。對兩節(jié)點模擬結(jié)果比較，矩形鋼管柱一鋼梁節(jié)點抗震性能低于矩形鋼管混凝土柱一鋼梁節(jié)點抗震性能。利用ABAQUS能夠準(zhǔn)確地模擬出這兩種節(jié)點的靜力性能，并能夠減少工作量，節(jié)約經(jīng)費。可謂同類型的論文提過參考。【關(guān)鍵詞】節(jié)點；有限元分析；靜力性能；抗震性能【中圖分類號】TU375【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B【文章編號】1001—6864(2014)09—0076—03鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)能夠從分發(fā)揮鋼材和混凝土各自式中tan0=Es；If,=1．6；s“=10e；s=100~r。的優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景J，這種組合結(jié)構(gòu)受到了工程(2)混凝土本構(gòu)關(guān)系。

3、混凝土是一種非常復(fù)雜的復(fù)界的廣泛關(guān)注，研究者對其性能也進(jìn)行了大量的分析。本合多相材料。ABAQUS中提供了混凝土本構(gòu)模型，由于矩形研究選取軸壓比為0．3時，在低周循環(huán)荷載作用下的力學(xué)性鋼管中的混凝土處于三向受壓的狀態(tài)，所以采用了D—P能進(jìn)行了對比分析，對矩形鋼管柱一鋼梁和矩形鋼管混凝模型，采用不相關(guān)流動法則，混凝土膨脹角可人為指定土柱一鋼梁兩種節(jié)點形式。節(jié)點柱和梁的連接形式在考慮膨脹角為24．4叭，用于矩形鋼管混凝土計算中。在施工問題的情況下采用螺栓施加預(yù)緊力方式連接。在設(shè)計ABAQUS中需要定義混凝土應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，本文采用了劉時柱的極限承載力

4、高于設(shè)計值，柱的極限承載力高于梁的威根據(jù)大量試驗提出的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系，該曲線是在混極限承載力；在設(shè)計時梁破壞時螺栓要處于彈性階段，以確凝土加約束效應(yīng)后單軸單軸作用下的應(yīng)力一應(yīng)變曲線。采保這兩種節(jié)點滿足“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件”的設(shè)計原則；用多點模擬實際材料曲線，更能接近真實材料性能。應(yīng)力從模擬結(jié)果中的剛性、強(qiáng)度、延性等方面來比較這兩種節(jié)一應(yīng)變關(guān)系函數(shù)表達(dá)式見式(2)：點；從荷載一位移滯回曲線來看滯回環(huán)比較飽滿和穩(wěn)定，矩≤l形鋼管柱一鋼梁低于矩形鋼管混凝土柱一鋼梁節(jié)點形式的(2)>1抗震性能。1有限元模型建立式中，=8／e0；y=tr／tr0；0=

5、(N／mm2)；60=占+800··10-6；=(1300+12．)·10一；=1．6+lr0·l1‘5；s=A

6、／Ac為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值；A為鋼材的截面面積；A：為混凝土的截面面積；為構(gòu)件截面的約束效應(yīng)系數(shù)；o。為構(gòu)件截面含O鋼率。與(3)單元模型的建立。矩形鋼管柱一鋼梁節(jié)點模型圖1鋼材的?！氏抵袖摴艿某叽鐬椋?50mmX250ram×12mm，鋼梁尺寸：(1)鋼材本構(gòu)關(guān)系。鋼材應(yīng)力一應(yīng)變曲線采用三線294mm×200mm×12mm×8mm；矩形鋼管混凝土柱一鋼梁模型，如圖1所示。此模型能比較準(zhǔn)確的反映出鋼材在反復(fù)節(jié)點模型中鋼管尺寸：2

7、50mmX250mmX6mm，鋼梁尺寸：循環(huán)荷載作用下的應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)^程的鋼材特性，適用于294mmX200mm×12ram×8mm，鋼材采用Q235低碳鋼屈服延性較好的構(gòu)件。本文中鋼材的屈服強(qiáng)度為280N／mm，應(yīng)強(qiáng)度280N／mm；混凝土采用C30。鋼梁和鋼管柱通過螺栓力一應(yīng)變關(guān)系函數(shù)表達(dá)式見式(1)：形式連結(jié)。鋼管內(nèi)的混凝土在施加荷載時鋼管與混凝土?xí)躶產(chǎn)生滑移，會導(dǎo)致混凝土與鋼管之間存在切向摩擦，本計算sy

8、模型中鋼管柱選用殼單元(S4R)，梁和混凝土選用78低溫建筑技術(shù)2014年第9期(總第195期)3結(jié)語l^．(1)當(dāng)軸壓比為0．3時，矩形鋼管柱一鋼梁節(jié)點和矩形鋼管混凝土柱一鋼梁節(jié)點的荷載一位移滯回環(huán)比較飽、滿，無的“梭形”現(xiàn)象，這兩種節(jié)點形式都有較好的抗震性能D．6和耗能能力。o．4(2)矩形鋼管柱一鋼梁節(jié)點和矩形鋼管混凝土柱一鋼梁節(jié)點兩種節(jié)點形式，在柱頂承載力相同的情況下，在梁0△J端施加低周循環(huán)荷載得出荷載一位移滯回曲線、耗能性能、骨架曲線、剛度和強(qiáng)度退化以及位移延性等關(guān)系曲線進(jìn)行(n)強(qiáng)度退化曲線比較分析，得出矩形鋼管混凝土柱一鋼梁節(jié)優(yōu)于

9、矩形鋼管★-未填充混凝土一填充混凝土柱一鋼梁節(jié)點。參考文獻(xiàn)[1]堯國皇．采用塑性損傷模型分析鋼一混凝土組合構(gòu)件的靜力分析[J]．建筑鋼結(jié)