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1、第25卷第3期華中科技大學學報(城市科學版)Vo1．25NO．32008年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2008基于ANSYS的核心型鋼混凝土柱非線性數(shù)值模擬黃群賢，郭子雄，劉陽，朱奇云(華僑大學土木工程學院，福建泉州362021)摘要：核心型鋼可有效提高鋼筋混凝土框架柱的變形能力和耗能能力。本文采用有限元程序ANSYS對5個核心型鋼混凝土柱試件進行試驗全過程的非線性數(shù)值模擬，分析了在不同配鋼率和軸壓比下核心型鋼混凝土柱試件的破壞特征、截面應力分布、裂縫發(fā)展和鋼筋、混凝土、核心型鋼的應力應變發(fā)展過程。與試驗
2、結果的對比分析表明，ANSYS可以有效模擬核心型鋼混凝土柱的整個受力和變形過程。關鍵詞：核心型鋼混凝土柱；抗震性能；數(shù)值模擬；試驗研究中圖分類號：TU375．3文獻標識碼：A文章編號：1672—7037(2008)03—01l7．o4在鋼筋混凝土框架、框一剪或框一筒結構設鋼率下，核心型鋼對試件抗震性能的影響進行了計中，經(jīng)常出現(xiàn)結構底部的重載柱為滿足規(guī)范規(guī)詳細分析研究。定的軸壓比限值要求，導致混凝土柱截面尺寸過大，這不僅影響建筑的使用功能，而且往往形成1試驗簡介不利于結構抗震的短柱。針對這一問題，地震工程界開展了大量的研究工作，也提出了諸多解決為了驗
3、證在混凝土柱截面核心配置型鋼對提辦法。文獻【1，2]通過在柱中配置方鋼管或圓鋼管高抗震性能和軸壓比限值的有效性，本文進行了來提高其承載力及軸壓比限值，試驗表明其抗震表1試驗參數(shù)性能良好；文獻[3】采用鋼管混凝土疊合柱以降低蝴肘試件名稱型鋼配鋼率?柱中混凝土部分承擔的軸壓力，從而提高柱的軸(bxhxt)／mm壓比n?壓比限值，改善柱的延性和抗震性能；文獻【4]采用在混凝土柱截面核心配置附加芯柱以提高高軸壓比RC柱的抗震性能。核心型鋼混凝土(CoreSteelReinforcedConcrete,簡稱CSRC)組合結構是充分利用型鋼混凝土(SRC)結構
4、特點，通過在RC柱截面核心配置小截面型鋼(配鋼率為2％4％)以提高重加載點載框架柱軸壓比限值，有效減小柱截面尺寸的一6@10種新型組合結構體系。同時對于截面尺寸一定的豐情況下，核心配鋼可以有效減小框架柱混凝土實12__IJ量際承擔的軸壓力，從而可以有效改善框架柱的抗)的吊袈f【吊6@0一
5、L震性能，提高框架柱的抗倒塌能力。文獻[5】的試驗研究表明核心型鋼混凝土柱具有良好的抗震性IH寸：能。為更深入了解CSRC柱的受力性能，本文使110O用大型通用有限元軟件ANSYS對文獻【6】中5個CSRC柱試件了進行非線性有限元模擬，對不同配圖1試件尺寸及配筋詳
6、圖，mm收稿日期：2008—03—05作者簡介：黃群賢(1977一)，男，福建泉州人，講師，博士研究生，研究方向為工程結構抗震與防災huangqx@hqu．edu．cn?；痦椖浚焊＝ㄊ≈卮髮ｍ椙捌谘芯宽椖?2005YZ1017)．國務院僑辦課題(06QZR04)?！?18·華中科技大學學報(城市科學版)2008年式中，k成為約束混凝土強度提高系數(shù)，對于矩形低摩阻滑扳一100l{l乜油r斤截面有效約束系數(shù)取0．75。球鉸加裁端(接MSIS作鋼筋和型鋼采用Pipe20單元，材料本構采用預埋件——多線性彈性模型，屈服強度、極限強度及相應應變均采用實測值
7、，鋼材材料性能詳見表2。表2鋼材材料性能匯總表材料類型d，t／mmYy／MPaEy／￡廠u／MPal2361-391807535．42鋼筋圖2試驗加載裝置6386．87l934522．115個1／2縮尺比例的CSRC柱試件的低周反復加載10354．991723526．43試驗。所有試件截面配筋均采用8中l(wèi)2的HRP335鋼板6320．891558434．66鋼筋，配筋率為1．81％。核心型鋼采用3種截面形式，配鋼率分別為1．23％，2．88％,n4．88％。試驗2．2實體建模及網(wǎng)格劃分參數(shù)見表1，試件尺寸及配筋和加載裝置分別見圖按照網(wǎng)格劃分需要，將
8、試件截面按圖3方式】和圖2。劃分，采用“自上而下”的建模方式，先生成塊體，再根據(jù)實際情況賦予塊體不同的材料屬性，2有限元模擬過程最后根據(jù)需要進行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分完畢后，選擇相應位置節(jié)點，生成鋼筋單元，最后用2．1單元類型及材料本構關系MERGE命令將所有重合節(jié)點合并，最終形成不考混凝土采用ANSYS自帶的Solid65單元，按慮鋼筋、型鋼和混凝土之間相對滑移的有限元模照混凝土立方體試塊抗壓強度，換算得到混凝土型，如圖4所示。的棱柱體抗壓強度，作為程序中混凝土單軸應力．應變關系中的最大應力。本文將柱截面混凝土劃分為兩個區(qū)，即箍筋內約束區(qū)和箍筋外的無
9、約束區(qū)。箍筋外認為混凝土處于單軸受壓應力狀態(tài)，采用Saenz模型來模擬無約束區(qū)混凝土單軸受壓應力一應變關系。箍筋內認為混凝
