空腹箱形钢骨混凝土构件的抗扭性能研究

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1、2013年第1O卷第1期深圳土木与建筑VOL．1ONO．12013空腹箱形钢骨混凝土构件的抗扭性能研究陈宜言尧国皇(深圳市市政设计研究院有限公司)【摘要l：基于合理的材料本构关系模型，利用ABAQUS软件对空腹箱形钢骨混凝土构件在扭转荷载作用下的荷载一变形关系曲线进行了计算，计算曲线与实验曲线进行了比较，基本吻合。在此基础上，对空腹箱形钢骨混凝土纯扭构件的工作性能进行了分析可知，这类构件具有较好的延性性能。本文的研究成果可为相关研究提供参考。I关键词l：空腹箱形钢骨混凝土；纯扭；荷载一变形关系；有限元法1前言钢骨混凝土构件具有承载力高、延性好、刚度形钢骨大、抗火

2、性能好等诸多优点，在实际工程应用较为广阔。目前对于常规的工字型和十字型钢骨混凝土钢筋混凝土的研究报道已经比较多见，相应的计算理论也日趋完善，但对于采用空腹箱形钢骨混凝土(典型截面如图1所示)的研究尚少见报道。与普通的钢骨混凝土梁相比，空腹箱形钢骨混凝土能够获得更高的强度和重量比，当用作逆作法水平支撑构件时，图1空腹箱形钢骨混凝土典型截面在混凝土未浇注之前，空腹钢箱具有比普通钢骨更大的平面外刚度，施工时减少支撑，加快施工速度，用于模拟金属材料的弹塑性性能。钢材采用理想且钢箱内部中空，有利于管道和线路预埋。同时空弹塑性模型，弹性模量取2．06x10MPa，泊松比取腹

3、箱形钢骨混凝土具有截面开展、抗弯刚度大、自0．3．混凝土采用ABAQUS软件中的塑性损伤模型【4】J，重轻和防火性能好等特点，也适用作海洋平台支弹性模量按现行《混凝土结构设计规范》取值，弹架柱和桥墩，因此这类构件具有很好的工程应用前性阶段泊松比取0．2。混凝土的单轴受压模型采用景。Attard(1996)【5】提出的模型，该模型经过了大量的以往，文献[2]进行了空腹箱形钢骨混凝土梁的实验验证，且形式较为简单、适用范围广等优点。试验研究，研究结果表明，这类构件具有较好的承Attard(1996)提出的混凝土模型的数学表达式如载能力和延性。文献[3]进行了5个空腹箱

4、形钢骨下：混凝土纯扭构件滞回性能的实验研究，实验考虑的y：±些：(i)主要参数为截面尺寸和钢管外混凝土厚度，研究了I+CX+DX这类构件耗能能力和刚度退化规律。但这类构件抗式中，Y=／L，X=／Gc。，和。分别扭性能的理论分析少见报道，研究其抗扭性能有助为混凝土圆柱体抗压强度和峰值应变。于对这类构件在压、弯、扭复合受力状态下工作性能的了解。：兰：三鱼(2)文献[2]的研究成果为本文研究提供了珍贵的实验数据，本文利用ABAQUS软件对空腹箱形钢骨混凝土构件在受扭矩作用下的荷载一变形关系曲进一争行计算，计算结果与实验结果基本吻合，在此基础C=A一2：D=B+1上，对

5、空腹箱形钢骨混凝土的纯扭构件工作性能进行了分析。本文研究方法和结论为为相关研究提供当>时，fic(O~ic-O~co)2；=。；参考。2有限元计算模型C=A一2：D=1钢管和钢筋采用ABAO．US软件[4中提供等向弹上式中，为混凝土弹性模量，和嗣为曲线下降塑性模型，满足VonMises屈服准则，这种模型多段的反弯点对应的应力和应变值，按下式确定：／=1．41—0．171n()(3)陈宜言，深圳市政府特殊津贴专家、教授级高级工程师E-mai1：chenyy@szmedi．tom．an占i。／。。=2．5一O．31n()(4)452013年第1O卷第1期深圳土木与建

6、筑VOL．1ONO．12013表l空腹箱形钢骨混凝土试件表箱形钢骨截面试件截面钢骨屈服强度试件(MPa)试件长度L承载力T。承载力T。。bxhxt(mm)DxB(mm)(mm)(t．m)(t．m)T．15150xl5Ox6450x450294162013．2514．gT．11150x150x6370x37029416209．1210．05T_O7150x150x6290x29029416206．946．68B．15200x150x6370x420294162012．1812．39B．10200x1OOx6320×42029416208．999．1824一l8号委

7、26OOOo．04o．08O．120．16—至一蹑Ⅱ}扭转角(rad／m)扭转角(rad／m)(a)T-15(b)T-11加mO加mO129至雪6、一／黾3000．040．080．120．1600．040．080．120．16扭转角(rad／m)扭转角(rad／m)(c)T·07(d)B-15蚤一囊扭转角(rad／m)(e)B一10图4计算曲线和实验曲线比较4纯扭构件荷载一变形关系全过程分析发展区域。图5为空腹箱形钢骨混凝土纯扭构件的典型(3)塑性阶段(BC)：此阶段，钢管屈服区不断向联系曲线，7_为扭矩，妫构件总的扭转角。根内发展，混凝土的裂缝也不断开展，截面

8、进入塑性据空腹箱形钢骨混