受多重约束的钢管内混凝土受力性能数值分析

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1、铁道建筑2013年第6期RailwayEngineering47．文章编号：1003-1995(2013)06—0047—03受多重约束的钢管内混凝土受力性能数值分析卜永红，王毅红(长安大学建筑工程学院，陕西西安710061)摘要：基于受多重约束的钢管内混凝土受力性能试验研究结果，运用有限元软件ANSYS建立带有芯钢管的钢管混凝土节点核心区有限元分析模型，进行受多重约束的钢管内混凝土受力性能数值分析，与试验结果进行了对比，并对影响钢管内混凝土承载能力的因素进行了分析。研究结果表明有限元模型计算所得极限承载力与实测结果吻合较好，同时得到了混凝土强度、外围箍筋强度、芯钢管

2、强度与受多重约束的芯钢管内混凝土极限承载力关系曲线。关键词：钢管混凝土多重约束极限承载力数值分析中图分类号：TU375．3文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2013．06．14文献[1-5]提出一种带有芯钢管的钢管混凝土节点，试验研究发现这种芯钢管节点具有很高的受压承—>—、基f广妒58@25r-4#6．5r_妒．58@25载力。分析认为，芯钢管内混凝土受到芯钢管、外围混IL-2~65凝土和密排环箍的多重约束作用，使核心混凝土的承载能力进一步提高。为了探讨钢管内约束混凝土的性能，文献[6]利用5个带芯钢管的钢管混凝土残余节7L甲L

3、—，‘‘‘‘·———<=点试件，再次进行试验，研究混凝土在多重约束下的受1‘口，’‘芯钢管力性能和极限承载力。本文在已有试验研究的基础【兰【上，采用ANSYS有限元软件，对影响芯钢管内混凝土承载能力的因素进行数值分析，为此类节点的受力机图1带有芯钢管的钢管混凝土节点(单位：mm)理分析和工程设计提供参考。的影响很小，在建立有限元分析模型时将其忽略不计。1试验概况芯钢管内部的混凝土在竖向荷载和芯钢管的侧向约束文献[1—5]中5个带芯钢管的钢管混凝土节点试作用下处于三向受压状态，采用文献[7]给出的钢管件在第一次梁端加载试验中，与节点相连的梁、柱均已混凝土本构关系，节点核

4、心区外围环形箍筋柱部分的破坏，但节点核心区基本完好。文献[6]以残余节点混凝土受到环形箍筋的侧向约束作用，处于受拉状态，试件中的芯钢管长度为界，截出节点区域露出芯钢管，可认为是普通混凝土，采用RUSH公式计算混凝土本构关系，破坏准则采用Willam—Wamke5参数破坏准试件如图1所示。专门作一直径略小于芯钢管直径的加载块，对芯钢管内的混凝土施加轴向荷载。各试件则。钢材是理想的弹塑性材料，服从Von．Mises屈服准则，考虑包兴格效应，采用运动强化模型和混合强化的特征参数及材料强度见表1，具体试验设计、试验现模型。象、试验结果分析等见文献[6]。2．2模型建立2参数选

5、取及模型建立采用ANSYS单元库中Solid65单元模拟混凝土单元，采用Link8单元模拟钢筋单元，钢管采用八节点实2．1本构关系选用体单元Solid45单元模拟。在混凝土与钢管的接触面考虑到节点残余的梁对芯钢管内混凝土承载能力上设置面一面接触单元，刚性面(亦即钢管的某一面)收稿日期：2012．11．26；修回日期：2013—01．2O被当作“目标”面，用Targel70来模拟，柔性面(亦即基金项目：陕西省自然科学基金项目(2006E208)混凝土的某一面)被当作“接触”面，可用Contal71来作者简介：永红(1975一)，男，陕西白水人，工程师，博士研究生。模拟。

6、Targe170单元和Conta171单元通过共享一48铁道建筑June，2013注：为屈服强度，MPa；f．为极限强度，MPa。个实常数号形成“接触对”，用以模拟钢管和混凝土间表2有限元计算结果与试验结果的对比在加载过程的接触和脱离，两者之间的摩擦系数取0．44。采用人工控制单元边长的方法控制单元尺寸，对模型进行网格划分，有限元模型的约束条件和荷载按实际情况输入，对坐标面Z-'=0上设置一刚性底座，对底座上节点在，Y，z方向上施加平动和转动自由度约束，仿照试验在芯管内混凝土上方通过一等直径刚性圆柱体给芯管内混凝土加载。3结果分析3．2极限承载力影响因素分析3．2．1

7、混凝土强度3．1有限元计算结果与试验结果对比以F一3作为参考模型(模型参数见表3)，只改变节点模型有限元计算结果与试验结果比较见表模型混凝土强度，其余参数不变，建立5个有限元模型2。5个模型有限元的计算结果与试验结果能够较好进行数值分析，分析结果见表4。混凝土强度与受多地吻合，表明数值分析参数选取、模型建立及加载计算重约束的芯钢管内混凝土极限承载力关系曲线见正确，模型有限元分析能较准确地计算出节点核心区图2。受多重约束钢管内混凝土的承载能力。表3有限元计算模型参数表4不同混凝土强度模型有限元计算结果3．2．2箍筋强度以G一4作为参考模型(模型参数见表