方钢管混凝土轴心受压构件受力性能数值分析
钢管混凝土短柱轴心受压承载力与钢管作用研究
钢管混凝土短柱轴心受压承载力与钢管作用研究钢管混凝土短柱是在钢管外加固混凝土的基础上，通过受压作用来承担荷载的一种结构形式。
由于钢管的加固作用，钢管混凝土短柱在抗压性能方面具有很大的优势。
本文将对钢管混凝土短柱轴心受压承载力与钢管作用进行研究，探讨其受力机理及相关影响因素。
1.钢管混凝土短柱的受力机理钢管混凝土短柱主要通过钢管受压作用来承担荷载。
钢管的加固作用可以有效提高短柱的抗压性能，避免混凝土的破坏。
在轴向受压荷载作用下，钢管与混凝土发生黏结，并通过黏结面之间的摩擦力来承担荷载。
钢管的强度和刚度决定了短柱的受力性能，而混凝土的主要作用是保护钢管免受腐蚀和提高受力传递的效果。
2.影响钢管混凝土短柱承载力的因素（1）钢管参数：钢管的强度和刚度是影响短柱承载力的重要因素。
强度包括钢管本身的抗压强度以及钢管与混凝土之间的黏结强度。
刚度决定了短柱的整体变形能力和稳定性。
（2）混凝土参数：混凝土的强度、抗裂性能和粘结性能对短柱的承载力具有重要影响。
强度决定了混凝土抵抗荷载的能力，抗裂性能主要影响了混凝土的开裂破坏。
粘结性能决定了钢管与混凝土之间的受力传递效果。
（3）几何参数：短柱的截面形状和尺寸对其受力性能有很大影响。
通常情况下，较大的截面和较小的高度能够提高短柱的承载力。
（4）加载方式：不同的加载方式（如静载、动载等）对短柱的承载力有明显影响。
在实际工程中，通常考虑不同加载方式下短柱的安全系数。
3.钢管作用对钢管混凝土短柱承载力的影响钢管的加固作用对短柱的承载力具有重要影响。
钢管可以提供较高的强度和刚度，有效增强短柱的抗压性能。
此外，钢管还能提高短柱的稳定性和极限承载力。
然而，钢管也会增加柱子的自重，对承载力产生一定的负面影响。
因此，需要综合考虑钢管参数以及其他影响因素来确定最优的钢管尺寸和布置方式，以提高短柱的承载力。
总之，钢管混凝土短柱轴心受压承载力与钢管的作用密切相关。
钢管的加固作用可以有效提高短柱的抗压性能，但也会增加柱子的自重。
钢管混凝土轴心受压短柱可靠度分析
钢 管 混凝 土 轴 心 受压 短柱 可 靠度 分 析 ★
石 建 军 马青松
摘 要 ： 于随机 有限元的可靠度研 究方法对钢管混凝 土轴 心受压短构件进行 了可 靠度 分析 ， 基 分析 结果表 明 ： 各随机 在
变量 中， 材料 弹性 模 量 对钢 管混 凝 土 轴 心 受 压 短柱 可 靠度 指 标 影 响 最 大 ， 几何 尺 寸 随机 变量 次 之 。 关键 词 ： 管 混凝 土 ， 机 有 限 元 ， 靠度 ， 心 受 压 钢 随 可 轴
［ ］ 夏南凯， ２ 田宝江， 王耀 武． 控制 性详 细规划 ［ ． ２版． Ｍ］ 第 上
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参考文献 ：
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列 试 验 和 理 论 分析 ， 中 也包 括 钢 管 混 凝 土 可 靠 度 问 题 。采 用 的 其
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方钢管混凝土轴压柱承载力分析
方钢管混凝土轴压柱承载力分析摘要：针对方钢管混凝土柱的受力特点，引入了混凝土强度折减系数和等效约束折减系数，实现了方钢管混凝土柱向圆钢管混凝土柱的等效。
利用薄壁圆筒的双剪统一强度解推导了方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式。
在此基础上，引入了轴压稳定系数，建立了方钢管混凝土轴压长柱的极限承载力计算公式。
利用建立的公式与文献数据进行了计算对比，结果表明：所得公式计算的轴压承载力与文献的试验结果吻合较好，对钢管混凝土的研究有一定的理论价值。
关键词：方钢管混凝土极限承载力薄壁圆筒双剪统一强度理论1、引言随着我国高铁建设的飞速发展，对站房的要求越来越高，站房高度和跨度的不断增加使得梁、柱所承受的荷载越来越大。
承重柱作为建筑物最为重要的受力构件，是建筑物抵抗外力的关键，特别是在地震作用下，柱子不仅需要有足够的强度，而且须有很好的延性。
钢管混凝土柱以其承载能力高、延性好，抗震性能优越、耐冲击、耐疲劳和施工方便等优点而在实际工程中得到广泛的应用。
方钢管混凝土柱作为钢管混凝土柱的一种形式，除具有钢管混凝土柱的优点外，还有节点形式简单、截面惯性矩大、稳定性能好、抗弯性能好的优点，具有广阔的应用前景。
因此对方钢管混凝土力学性能的研究具有重要的意义。
2、方钢管混凝土柱的受力特点钢管混凝土柱在应力水平较高时，内部混凝土的纵向微裂缝将会得到发展，其泊松比将超过0.5，随着纵向微裂缝的发展，混凝土的泊松比将会超过外钢管的泊松比，此时，钢管会对混凝土产生围压。
方钢管对内部混凝土的约束很不均匀，文献[1]中指出：方钢管对核心混凝土的约束力主要集中在4个角部，而且约束力很不均匀，4个角部的混凝土受到的约束强，边部中间管壁处的混凝土受到的约束较弱。
在大量的试验研究的基础上，我们得出结论：当方钢管达到钢材的极限强度时，角部钢管发生塑性变形，边部中间管壁发生局部失稳，混凝土被压碎。
由于方钢管对内部混凝土的约束的不均匀性，所以如何计算外钢管和核心混凝土之间的相互约束“效应”成为计算方钢管混凝土强度及承载力的重中之重。
浅谈不同截面钢管混凝土轴心受压的有限元分析
科 教 创 新205 都市家教浅谈不同截面钢管混凝土轴心受压的有限元分析300221 天津市建筑工程学校 杜 煜混凝土与钢材至今为止仍是无可代替的，目前两者共同发展的方向主要是提高强度。
但是，混凝土的强度越高，它的脆性也就越大。
尤其在地震区，高强混凝土延性差的问题显得尤为突出，这就大大限制了它的推广与应用。
钢一混凝土组合结构的出现正好解决了这些问题。
它的优点在于能充分发挥钢材和混凝土这两种材料的各自优势，互相取长补短，使结构达到最好的各自性能。
钢管混凝土结构，就是一种介于钢结构和钢筋混凝土结构之间的钢一混凝土组合结构，具有许多其它结构形式所不能比拟的优点。
钢管混凝土结构具有抗压承载力高、塑性和韧性好、耐火性能较好等一系列的优点，可提供极好的抗震性能。
另外，在施工阶段省去了支模和拆模的工序，因而施工方便，施工周期短，经济效益好，具有广阔的发展前景。
在近几十年来钢管混凝土发展迅速，在工业厂房、桥梁结构、地下结构、高层和超高层建筑中取得了良好的经济效益和建筑效果。
本文基于已有的研究成果，通过非线性有限元模拟软件分析钢管混凝土在轴压下的变化趋势，与相关实验数据进行比较分析，验证了有限元计算分析的可靠性。
一、钢管混凝土轴压破坏分析钢管混凝土工作过程主要是:在施加外荷载的初期，由于钢管的泊松比大于混凝土的泊松比，外荷载小时混凝土初始横向变形不大，外钢管对其基本没有约束，它们之间应力的传递主要靠钢管内壁与混凝土内壁之间粘结来传递，两者基本上是单独工作的;随着外荷载的继续增加，当核心混凝土的横向变形达到一定值时，其泊松比也达到或接近钢管的泊松比，钢管壁将受到核心混凝土沿径向的压应力，同时钢管也对核心混凝土产生径向的压应力，此时外钢管对核心混凝土开始产生“约束作用”，而核心混凝土也对钢管起支撑作用，可防止管壁屈曲，此时才表现出来了钢管混凝土的优势;当外荷载达到钢管混凝土的极限状态时，钢管壁屈曲，核心混凝土压碎而宣告构件破坏。
钢管混凝土轴心受压构件极限承载力的有限元分析_徐兴
2001 -03 -13 收到第 1 稿 , 2001-11 -11 收到修改稿 .
固体力学学报 2002 年 第 23 卷 · 420 ·
2 稳定性问题分析
2. 1 用修正的欧拉公式计算失稳临界载荷 [ 4] 2 2 国内有一部分学者曾用修正欧拉公式的方法 分析稳定性问题 : N cr =π E sc I sc l , 式 中: E sc = 12 . 2 ×10
T T
固体力学学报 2002 年 第 23 卷 · 422 ·
∫
V0
d B S = KS d a e
T
KS =
∫
V0
( 16)
T
G MGd V
K S 是由于应力状态所引起的切线刚度矩阵 , 通常称为几何刚度矩阵 . 当轴向荷载为常量时 , 得到整体平衡方程为 ( K L +K S ) u =0 ( 17) 一般来讲 , 方程式( 17) 的系数矩阵是非奇异的 , 它只有零解 u ≡0 , 表示原来的非挠曲的平衡 是稳定平衡 . 设外力按比例增长 λ 倍 , 则总体几何刚度矩阵变为 λ KS , 整体平衡方程变为 ( KL +λ KS ) u =0 ( 18) 在某些 λ 值时 , 方程式( 18) 的系数矩阵变为奇异的 , 方程有非零解 , 表示挠曲形式也是平衡 位置 , 此时如果有微小的横向挠动 , 结构的横向位移会变成无穷大 . 实际上 , 当位移达到一定 数值以后 , 以上的线性模型不再成立 , 应作为大位移非线性问题考虑 . 式( 18) 即为稳定性问 题的特征方程 , 若结构有 n 个自由度 , 便有 n 个特征对 : λ i= 1 , 2 , … , n) , 相应的外 i ,{Υ i }( 载荷 λ Υ 便是失稳时的屈曲形式 . 实际上 , 只有最小的正特征值对应的 i F 便是临界载荷 , { i} 临界载荷才有意义 , 这也是我们要求的失稳临界载荷 . 作者在用有限元方法分析时 , 首先对结构进行线性静力分析 , 用波阵解法求得初应力 , 进一步求得初应力刚度矩阵 , 即几何刚度矩阵 K S , 最后用逆矢量迭代法求解特征值方程 .
方钢管再生混凝土轴压短柱受力性能分析
方钢管再生混凝土轴压短柱受力性能分析发布时间：2021-03-04T09:08:21.400Z 来源：《建筑实践》2020年11月31期作者：许伟，周晓凤，张婷，翁瑞，陈杨[导读] 利用ABAQUS有限元软件建立方钢管再生混凝土短柱力学模型许伟，周晓凤，张婷，翁瑞，陈杨沈阳建筑大学，土木工程学院，沈阳110168摘要：利用ABAQUS有限元软件建立方钢管再生混凝土短柱力学模型，与试验进行对比分析，通过模型分析构件在各阶段的受力变形特点。
结果表明：该模型能够较好的模拟构件的力学性能，其受力过程大致分为：弹性阶段、弹塑性阶段、下降阶段、平缓阶段。
关键词：方钢管再生混凝土短柱；有限元软件；合理性。
目前，随着我国经济快速发展，被拆除、重建的建筑物也随之增加，就此产生了大量的建筑垃圾。
因此，我们应该合理利用建筑垃圾，将建筑垃圾配制成再生混凝土应用于建筑工程当中，不但解决建筑垃圾给人们生活环境带来的困扰，而且也使建筑垃圾得到了循环利用。
再生混凝土组分复杂，脆性大，因而早期易开裂[1]。
为了改善再生混凝土的特性，学者们提出了“钢管再生混凝土”。
钢管对混凝土的约束使混凝土的抗压强度大大提高，同时，混凝土对钢管起到支撑作用，提高了钢管的局部稳定[2]，二者巧妙结合实现了“1+1>2”。
1模型建立本文采用文献[3]中的试验数据，建立方钢管再生混凝土短柱力学模型。
1.1单元选取本文核心再生混凝土、端板和钢管均采用八节点线性减缩积分的三维实体单元。
1.2界面接触核心再生混凝土和端板只有法向接触作用，设置为“硬”接触。
钢管和核心再生混凝土的法向作用方向设置为“硬”接触，切向作用方向采用库伦摩擦模型，根据参考文献[4]，本文摩擦系数取0.6。
1.3加载荷载本文采用的是位移加载，即在U3方向施加位移大小为20mm。
2模型验证及模拟结果分析2.1有限元分析结果与试验结果的对比如图1可知，试件模拟荷载-位移曲线和试验荷载-位移曲线走势相吻合。
钢管混凝土轴心受压承载力计算理论比较分析
凝土轴压构件的承载力 。（） ３ ＡＤ规范 。 Ｉ（９ ７是 日本建筑学 量再采用换算模量对其进行 内力分析的， 以会出现分析结 果 Ａ Ｊ１９ ） 所
会在大量试验研 究的基础上提 出的设计规范 ， 它同时给 出了极 和构件设计 不准确 的情 况； 另外， 将钢 管和混凝土 统一成整 体 限状态 设计法和 允许应力设计法 ，其截面 形式包括 圆形和 方、 后 ， 不易 明确 混凝土 的分担作用和结构 行为 ， 以具有一 定的 所 矩形 。（） Ｂ １．１ ０ ３ 钢管混凝土结构技术规程》 ４ Ｄ Ｊ３５－ ０ 。《 ２ 为福建 局 限性 。
１ ．统 一 理 论 。 统 一 理论 ” “ 是钟 善桐 １９ 年 在 总 结 以往 研 ９３ 引起 了 国 内外 诸 多 学 者 的 关注 ， 过 长 期 深 入 的 研 究 ， 得 了 究成果 的基础之上提 出的， 通 取 该理论 认为钢管混凝土在承 受各种
巨大的成果 。目前 ， 国外关于钢管混凝土构件 的设计 规程 主要 荷 载作用 时的工作性 能是随材料 的物理参数、 统一体 的几何参
使 而且该计算 公式是在 回归 但 随着经济 的发展 ， 我国学者在这一领 域所 取得的研究成果也 工作效应 ， 其 计算结果偏 于安全 ， 令 人 瞩 目 ， 制 定 的 设 计 规 程 包 括 Ｃ ＣＳ ８ ９ １９ ） 分析的基础之上建立的 ， Ｅ ２ ：０（９ ２ 、 缺乏试验验证， 还需进 一步研究 。
别 为 ： 一 理论 、 钢 理 论 和 拟 混凝 土 理 论 。 统 拟
【 关键词】 钢管 混凝土； 轴心受压承载力； 计算理论
钢管混 凝土结构是指 在钢管 内充填 素混凝 土形成 的组合 土 的计算理 论主要有三 种： 统一理论 、 拟钢理论和拟 混凝土 理 结构 ， 它凭着 高承载力 、 塑性和韧 性好、 耐火性 能好、 经济效益 论 ， 现分别做简要介 绍。 好和施 工方便等优 点在实际工程 中得到 了广泛 的应用 ， 同时也
方钢管混凝土偏心受压构件的ANSYS有限元分析
Ｚ
其中 ，
Ｐ ｒ ＵＰ ＵＰ ／ ａ ａ
ｓｐ － — １ ０ ×３ ８ ｃ ｌ １１ ２ － ． ４× ２６ ０ ７ ０ ２ ３ ０ １ ２ ６ ２ ４ ２ ５ ８ ０ ５ １ ． ５ ３ ． ２ ． ４ ． ６ ８
ｓｐ ． ． １ Ｏ×３ ８ ｃ １ １２ ２ ．． ． ４× ２６ ０ ７ ． ０ ５ ３ ０ １ ２ ６ ２ ４ ２ ４ ０ ８ ４ ６ ０ ５ １ ， ３ ． ２ ． ４ ． ６ ５ ． ５ ｓｐ － － １ ０×３ ８ ｃ ｌ １３ ２ －－ ． ４× ２６ ｏ ７ ． ０ ６ ３ ０ １ ３ １ ８ ３ ４ １ ４ ４ ８ ｏ ５ １ ． ７ ３ ． ０ ４ ．３ ２ ． ２
ｓ ｐ ・ ４ １ ０×３ ８ ｃｌ２ ４ ． ４× ２５ ８ ６ ０ ５ ３ ０ １ ３ １ ５ ８ ５ ８ ６ ８ ３ ３ ． ７ ３ ． ０ ４ ．４ ５ ． ｓ ｐ 一 ・ １ ０×３ ８ ×２ ５ ８ ６ Ｏ ８ ３ ０ １ ３ ６ １ ０ ８ ｃ ｌ ２５ ４ ．４ ８ ３ ３ ． ６ ３ ４ ． ８ ． ７
对其进行 弹塑性分析 ， 然后将 Ａ Ｓ Ｓ的计 算值和实 验值进行 了 ＮＹ
用 Ａ Ｙ 有 限元软件对方钢管混凝土压弯构件的荷载一 变形关 比较 ， ＮＳ Ｓ 结果令人满意。基本参数和计算 结果见表 １ 。 系进行全过程弹塑性分析 ， 分析结果与试验结果相吻合。 表 １ 偏 心受压构件表
１ 由于钢材 的一 次塑流段很长 ， ） 当钢管达 到强化段时 ， 其变
形已经相 当大 ， 这在实际工程 中是不允许的。
ｓｐ － － １ Ｏ×３ ８ ｃ ｌ １４ ２ －－ ． ４×２６ ｏ ５ １ ０ ８ ３ Ｏ １ ２ ６ ２ ４ ２ ３ ３ ２ ｏ ７ ． ３ ３ ２ ． ４ ． ６ ３ ． ３ ６ ６
钢管混凝土柱受力性能分析
钢管混凝土柱受力性能分析李海锋河海大学土木工程学院，南京（210098）E-mail：lihai_feng@摘要：本文分析了钢管混凝土结构的基本力学性能找出了此结构形式承载力高的原因，并用算例比较了钢管混凝土结构与普通混凝土结构的差异，得出了一些结论并对工程建设提出了几点建议。
关键词：钢管混凝土结构；承载力；受压中图分类号：TU171. 前言近年来由于钢管混凝土结构承载力高，塑性和韧性好，经济效果显著和施工快速方便等优点而越来越受到工程界的重视[1]。
在我国钢管混凝土结构主要应用于单层和多层工业厂房柱，高炉和锅炉构造柱，各种设备支架柱以及送变电杆塔结构等，近年来随着工程技术水平提高已被广泛应用于桥梁和多，高层建筑中，取得了很好的经济效益。
钢管混凝土结构与钢结构相比在不增加或少许增加结构自重条件下，可大幅节省钢材；与混凝土结构相比，可大幅减轻结构自重，空钢管骨架的吊装重量大为减轻，不需模板和钢筋，施工大为简化。
在高层建筑中采用钢管混凝土结构可发挥它的抗压和抗剪性能好，承载力高，抗震性能优越，延性好，控制构件长细比后可以不限制轴压比，并能充分发挥高强混凝土的承载力防止其脆性破坏等一系列优点[2]。
多年来的研究表明，钢管混凝土结构中的钢管具有套箍，支架，模板三打作用，使钢管混凝土结构表现出用钢量小，刚度大，安装重量轻，承载力高，施工快速方便，经济效益明显等一系列突出优点。
由于以上钢管混凝土结构各种优点，应该大力推广这种结构形式，使其为我国社会主义现代化工程建设做出更突出的贡献。
2. 钢管混凝土柱力学性能钢管混凝土柱为钢管混凝土结构中主要结构形式，在这种结构中可以充分发挥钢材和混凝土这两种材料的性能。
下面主要分析钢管混凝土柱力学性能，找出其力学上受力合理的原因。
2.1组成材料的力学性能[3]钢管混凝土柱是有钢管和混凝土两种材料组成，而钢管混凝土柱的承载力并不是钢管和混凝土两种构件承载力简单的加和，从后面的算例可以看出钢管混凝土柱的承载力是钢管和混凝土两种构件承载力加和的1.61倍左右。
钢管混凝土短柱轴压力学性能分析及其数值模拟
钢管混凝土短柱轴压力学性能分析及其数值模拟杨晓杰;刘晨康;耿强;王嘉敏;宋志刚;赵东东;张磊【摘要】钢管混凝土短柱是研究钢管混凝土最基本的构件,研究钢管混凝土短柱有助于了解钢管混凝土的力学性能,为研究其他构件提供了一个基础.对钢管混凝土短柱的力学性能进行了分析,归纳总结了短住轴压承载力理论计算公式,并采用有限元软件ABAQUS对不同壁厚钢管混凝土短柱进行轴心受压模拟.总结得出,随着壁厚的增加,钢管混凝土短柱的极限承载能力逐步提高,二者之间符合线性关系.将数值模拟软件计算求得不同壁厚短柱极限承载力与理论公式计算得出的值做出对比分析,校核发现两者较为接近,说明数值模拟计算效果良好.最后,总结分析位移荷载曲线,提出钢管混凝土短柱塑性破坏角概念.随着钢管壁厚的增加,短柱塑性变形能力提高,塑性破坏角变大,当壁厚达到11.1851 mm时,短柱发生理想塑性变形.%Concrete-filled steel tubular short columns is helpful to understand the mechanical properties of con -crete-filled steel tubes was studied , which provides a basis for the study of other components .The mechanical prop-erties of CFST short columns are analyzed , and the theoretical formulas for calculating the axial bearing capacity of short columns are summarized .The finite element software ABAQUS was used to simulate the axial compression of concrete filled steel tubular columns with different wall thickness .It is concluded that the ultimate load carrying ca-pacity of CFST short columns increases with the increase of wall thickness , which is linearly related .The numerical simulation software is used to calculate the ultimate bearing capacity of different wall thickness and the calculated value of the theoretical formula .Check that the two are closer ,indicating that the numerical simulation results are good.Finally, the displacement load curve is analyzed and the concept of plastic failure angle of concrete -filled steel tubular short columns is proposed .With the increase of the wall thickness of the steel pipe , the plastic deformation ability of the short column is improved , and the plastic damage angle becomes larger .When the wall thickness rea-ches 11.1851 mm, the short column undergoes an ideal plastic deformation .【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)032【总页数】6页(P233-238)【关键词】钢管混凝土轴心受压极限承载力壁厚效应数值模拟;塑性破坏角【作者】杨晓杰;刘晨康;耿强;王嘉敏;宋志刚;赵东东;张磊【作者单位】中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TD353.2钢管混凝土结构和其他工程材料想比具有延性好、承载力高等优点，在建筑和桥梁工程的施工中得到了非常广泛的应用[1—6]。
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方钢管混凝土轴心受压构件受力性能数值分析摘要:本文以ABAQUS为平台,建立一套分析方钢管混凝土有限元模型。
其中核心混凝土采用混凝土损伤塑性模型,钢管采用弹塑性模型。
在单轴受压作用下,分析了钢管混凝土力学性能受含钢率的影响规律和受力机理。
关键词:钢管混凝土轴压构件含钢率有限元法
Abstract:This paper presents a finite element model (FEM) for the analysis of concrete filled square steel tubes (CFT) based on ABAQUS. The damage plastic model is used tu describe core concrete and elastic-plasticity model to describe the steel tube.Under the condition of axial compression, the effects of parameters to CFT ’s mechanical performance are studied. The parameters taken in account are steel ratio.
Keywords:concrete filled steel tube, axial compression members, steel ratio, the finite element method
钢管混凝土柱具有塑性和韧性良好、稳定承载力高、节点构造简单、连接方便、有良好的抗弯性能、施工进度快等优点,日益受工程界重视,目前在我国应用越来越广泛。
传统的试验研究由于具有投资大、周期长、参数变化困难等缺点,已经不能满足工程界的需要[1-3]。
ABAQUS是功能强大的非线性有限元软件,可以很容易的为复杂问题建模,并可以全过程分析荷载变形等工程数据。
为分析含钢率对钢管
混凝土承载力的影响规律及钢管对核心混凝土强度提高的程度,本文采用大型有限元软件ABAQUS对不同含钢率下核心混凝土的力学特性进行了数值分析。
1 计算模型
在下述算例分析中,在采用大型有限元软件进行分析中模型尺寸采用真实值,长宽高为a×b×L=240×240×2000mm3,其它参数列于表1。
为便于收敛加载制度采用全程位移控制加载。
模型中混凝土采用8节点六面体单元C3D8R模型,钢管采用4节点壳单元S4R模拟。
钢管与混凝土之间的相互作用很难确定,计算中假定混凝土与钢管完全粘结,不考虑两者间的相对滑移和脱开,钢管的局部屈曲作用也不作考虑。
2 计算结果与分析
图1和2所示分别为极限荷载时核心混凝土的Mises应力云图和位移云图。
从位移云图中可以很清楚的看出混凝土中部随着轴向位移的增加而出现明显的鼓曲现象。
从应力云图中可以看出,由于外层钢管的约束作用,核心混凝土处于三向受压应力状态。
钢管的约束有效提高了核心混凝土的抗压强度,大大改善了其塑性性能。
图3为不同含钢率下单轴受构件的荷载位移曲线,从图中我们可以看出,构件的承载力随着含钢率的增加而增大。
荷载曲线大致经过3个阶段:在加载的初始阶段,随着纵向位移的增大,荷载逐渐增加,曲线十分接近直线,核心混凝土和钢管均是单向受压且处于弹性阶段;接着
构件出现了较为明显的塑性发展,钢管对核心混凝土的约束减弱,于是荷载位移曲线开始偏离直线而形成过度曲线;当加载至极限荷载时,钢管进入强化阶段,恢复的弹性,紧箍力更增大,混凝土抗压强度进一步提高,这时虽然钢管发生了局部鼓曲,内部混凝土也局部破坏,但荷载应变曲线仍继续上升,斜率大大降低。
总体而言,钢管混凝土有很好的延性,简化的有限元计算模型能够很好的反映其变形特点[4,5]。
图4所示为单轴受压方钢管核心混凝土在不同含钢率下荷载-位移曲线。
通过不同曲线对比可以看出,钢管对核心混凝土约束效应随着钢板厚度的增加而增大,但增加的速度越来越慢。
当管壁较薄时混凝土的承载力在后期有明显的下降段,当管壁达到一定的厚度时,承载了经过较短的下降后又有所增加,最终随着混凝土的局部破坏而继续下降,说明钢管对核心混凝土的约束效应随着含钢率的变化而变化。
3 结语
(1)针对方钢管混凝土轴心受压构件进行了有限元分析,我们不难看出,采用ABAQUS非线性有限元软件建立的方钢管混凝土模型能够很好地模拟单轴受压作用下核心混凝土的受力性能和工作机理,为理论分析和工程实践提供了参考依据。
(2)参数分析表明:由于钢管的存在,使混凝土应力状态发生改变,大大改善了其抗压和延性性能,使结构达到极限承载力后荷载应变曲
线可继续上升。
核心混凝土受钢管的约束效应显著,力学性能随几何参数α变化而变化,其承载了随着α增加而增大,但增加的速度越来越慢。
参考文献
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