圆钢管混凝土受压短柱试验研究及有限元仿真分析

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1、2012年第1期混凝土与水泥制品20l2No．11月CHINACONCRETEANDCEMENTPRODUCTSJanuary圆钢管混凝土受压短柱试验研究及有限元仿真分析李月安(襄樊学院，441053)摘要：通过对基于不同长细比的圆钢管混凝土短柱的受压力学试验，对其破坏现象及机理进行了分析；探讨了长细比对该类构件力学性能的影响规律，同时分析了该类构件中钢管对核心混凝土的约束作用。建立三维精细有限元模型，比较分析了数值模拟结果和试验结果，并确定了钢管及混凝土的破坏准则和其本构关系的合理性，从而为该类构件的设计提供了可靠的理论依据。关键词：钢管混凝土；偏压短柱

2、；有限元；仿真分析Abstract：Thecompressedmechanicalexperimenta1studyonthedifferentslendernessratioofconcretefilledcirclesteeltubeshortcolumnsisconductedandthefailurephenomenonandmechanismareanalyzed．Theinfluenceruleoftheslendernessratioonmechanicalpropertiesofthiskindofcomponentisdiscussed，

3、meanwhile，therestrictioneffectofsteeltubeOilcoreconcreteisanalyzed．The3Dfiniteelementmodelisestablished．Thenumericalsimulationresultandtestresultarecomparedandanalyzed．Thefailurecriterionofthesteeltubeandconcreteandtherationalityofitsconstitutiverelationaredetermined，therefore，the

4、reliabletheorybasisforthedesignofthiskindofcomponentscanbeprovided．Keywords：Concretefilledsteeltube；Shortcolumnwitheccentriccompressionloading；Finiteelement；Simulationanalysis中图分类号：TU379文献标识码：A文章编号：1000—4637(2012)01-44—040前言对该类构件力学性能的影响规律；同时，通过有限钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形元仿真分析，综合材料的本构关系，

5、比较数值模拟成的一种新型组合结构。由于钢管混凝土结构能够结果与试验结果，从而为该类构件在工程实践中的更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，应用提供参考依据。具有承载能力高、塑性和韧性好、耐火性能优良、施1试验概况工速度快等优点，能够适应现代工程结构向大跨、1．1试件准备高耸、重载方向发展和承受恶劣条件的需要。特别确定实验因子为长细比，用两个实验体设计作是随着我国高层、超高层建筑的发展，钢管混凝土比较。钢管采用Q235钢材，外径为180mm，长径比结构的研究和应用越来越广泛。目前，对钢管混凝分别为3．33和4．44。根据以往的试验，构件长径比土的研究主

6、要侧重于轴压构件和偏压长柱构件，对接近4的试验效果比较好。长径比太小则端部效应偏压短柱的研究涉及不多。因此，对偏压短柱进行明显，长径比太大则构件容易失稳破坏圈。试验构件试验与理论研究是十分必要的。本文着重对各试件的截面尺寸及相关参数如表1所示。的整体荷载一应变曲线进行分析比较口]，揭示各参数为了保证钢管与混凝土共同受力，在试件两端表1试验构件截面尺寸及相关参数用10ram厚的钢板焊牢。下端板于浇灌混凝土前焊模数为2．5，堆积密度1500kg／m；5-20mm连续级配好，兼作浇混凝土的底模，上端板开直径为lOOmm碎石，堆积密度1630k~m。；掺入适量减水

7、剂。试件配的圆孔，供浇灌混凝土用。合比见表2。1．2试验用原材料1_3试验方法及数据测量普通硅酸盐水泥，强度等级为32．5；中砂，细度混凝土从钢管顶板预留的圆孔灌入，用振捣棒一44一李月安圆钢管混凝土受压短柱试验研究及有限元仿真分析插入振实，每次填人混凝土层的高度约为30～40cm，及纵向变形变化都不大，随着荷载逐渐增加，试件分层振捣，振捣好一层后再浇注下一层，直至把钢开始发生侧向挠曲，到达破坏荷载时，偏压柱发生管灌满为止，最后用水泥砂浆将柱端抹平。试件在较大侧向弯曲，挠度急剧增大，试件破坏，破坏后的室内标准养护28d，室内温度为20℃±2℃，相对湿试件见

8、图3。A短柱开始加载时，上端截面位移略大度>90％。管内混凝土强度