L形鋼管混凝土軸壓柱力學(xué)性能研究.pdf

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1、閆宗福等：L形鋼管混凝土軸壓柱力學(xué)性能研究53L形鋼管混凝土軸壓柱力學(xué)性能研究閆宗福，張文璇，張悟成(甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司．蘭州730030)【摘要】在選擇合適的鋼管混凝土應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系模型的基礎(chǔ)上，利用ABAQUS有限元軟件對(duì)鋼管混凝土的矩形軸壓柱實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，基于此正確模型基礎(chǔ)上，利用ABAQUS軟件建立了L形鋼管混凝土軸壓柱的數(shù)值分析模型。對(duì)L形鋼管混凝土柱的受力特性進(jìn)行了分析，對(duì)比了是否考慮焊接內(nèi)隔鋼板對(duì)L形鋼管混凝土柱的力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：

2、L形方鋼管混凝土軸壓柱的極限承載力隨著單肢截面高寬比B的增大而不斷減小，焊接內(nèi)隔鋼板對(duì)L形鋼管混凝土柱承載能力提高有一定貢獻(xiàn)，L形鋼管混凝土軸壓柱在轉(zhuǎn)角處有扭曲和應(yīng)力集中現(xiàn)象?！娟P(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)工程；有限元；L形鋼管混凝土；軸壓柱；數(shù)值模擬【中圖分類(lèi)號(hào)】TU398【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1001—6864(2011)11—0053—02由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在力學(xué)性能上及施工上有諸多優(yōu)料庫(kù)中提供的混凝土塑性損傷本構(gòu)模型。點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用到建筑工程的很多領(lǐng)域。如在大跨(2)計(jì)算模型單元選取及網(wǎng)格劃分。鋼

3、管單元選取度橋梁、高層及超高層建筑中得到廣泛的應(yīng)用(韓林海，采用四節(jié)點(diǎn)完全積分格式的殼單元(S4)，為了滿(mǎn)足精度以2007?)等。目前，方形和圓形鋼管混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)及便于收斂，在厚度方向上采用9個(gè)積分點(diǎn)的Simpson積與理論研究已經(jīng)較多，研究結(jié)果表明鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有分。混凝土采用八節(jié)點(diǎn)積分格式的三維實(shí)體單元(C3D8)。承載力高，塑性性能優(yōu)越，抗震性能好，耐火及火災(zāi)后期的鋼管與混凝土界面法線方向采用硬接觸，垂直于接觸可修復(fù)性能較好。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力的加強(qiáng)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)面的壓力可以完全地在界面問(wèn)

4、傳遞。鋼管與混凝土界面切功能的要求越來(lái)越高，為提高建筑的使用面積以及不露柱向力傳遞采用庫(kù)侖摩擦模型來(lái)模擬，該界面可以傳遞剪應(yīng)的功能要求，避免房間出現(xiàn)棱角，使建筑平面的整體布局美力直到剪應(yīng)力達(dá)到臨界值，產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。觀合理，L形鋼管混凝土柱扮演著重要的角色。迄今為止，本文采用的L鋼管混凝土計(jì)算模型對(duì)形鋼管混凝土軸對(duì)L形鋼管混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能研究較少。為進(jìn)一步完壓柱底部對(duì)U。、、三個(gè)方向位移進(jìn)行了約束，并同時(shí)對(duì)善鋼管混凝土的力學(xué)性能理論，有必要對(duì)L形鋼管混凝土三個(gè)方向的轉(zhuǎn)角進(jìn)行了約束。軸壓柱的受力性能進(jìn)

5、行研究。本文研究結(jié)果也可為鋼管混(3)主要加載步驟：①為便于收斂，首先采用比較小凝土轉(zhuǎn)角柱、T形及十字形鋼管混凝土柱的下一步研究工作的力對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加載；②保持模型中的單元類(lèi)型、單元網(wǎng)格提供參考。劃分、鋼材和核心混凝土界面模型、邊界條件不變；③當(dāng)完1有限元(ABAQUS)模型成第一步加載后，對(duì)鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行位移加(1)材料本構(gòu)關(guān)系模型。ABAQUS具有豐富的材料載，直到L形鋼管混凝土軸壓構(gòu)件受壓破壞；④從而得到L本構(gòu)模型庫(kù)，可以模擬大多數(shù)的工程材料(莊茁等，形鋼管混凝土軸壓構(gòu)件荷載一變形的全

6、過(guò)程曲線。2005_2)。本文鋼材采用ABAQUS軟件中提供的等向彈塑2計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比性模型，符合VonMises屈服準(zhǔn)則。由于低碳軟鋼和高強(qiáng)鋼對(duì)韓林海等(2007)中的6個(gè)矩形鋼管混凝土軸心受材的變形特點(diǎn)不同，其應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線分別采用二次壓構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合塑流模型或雙折線模型(韓林海等，2007?)。鋼材彈性模良好。其中L為計(jì)算長(zhǎng)度，D為截面高度，為截面寬度，t為量取2．06×10MPa，泊松比取0．3?；炷吝x用ABAQUS材鋼管厚度，部分計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1

7、。e~lO‘Iv*e~10q／~(日)rcl-1(b)re3-1(c)re7—1低溫建筑技術(shù)2011年第11期(總第161期)16oOl4OOl200lO08006oO4002OOO0l234~xlO‘

8、n~lO‘，(d)re9—1(e)rclI-I圖I計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比3受力性能分析軸，轉(zhuǎn)角處容易發(fā)生扭曲和應(yīng)力集中現(xiàn)象，降低了構(gòu)件的承L形鋼管混凝土具有以下特點(diǎn)：①構(gòu)件截面單肢高寬比載能力。因此本文通過(guò)對(duì)鋼管內(nèi)陰角與陽(yáng)角處焊接內(nèi)隔鋼不同，受力性能有可能不同；②核心混凝土在轉(zhuǎn)角處可能會(huì)板，以此希望加

9、強(qiáng)構(gòu)件的整體穩(wěn)定性和承載能力。發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。L形鋼管混凝土的應(yīng)力分布尚不清楚。本算例通過(guò)單肢截面高寬比』B=2時(shí)的鋼管混凝土軸壓因此有必要對(duì)L形鋼管混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能進(jìn)行研究。構(gòu)件鋼管內(nèi)是否焊接內(nèi)隔鋼板，進(jìn)行了計(jì)算與對(duì)比分析。通過(guò)計(jì)算采用的核心混凝土允=26．8MPa，E=32500MPa，圖3可看出，鋼管內(nèi)焊接內(nèi)隔板后，L形鋼管混凝土柱的承載泊松比取0．2，鋼管屈服強(qiáng)度，v=345MPa，E=206000MPa，能力得以提高。這主要是因?yàn)?，鋼管?/p>