矩形钢管混凝土双向压弯构件力学性能初探

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1、第25卷第4期华中科技大学学报(城市科学版)VO1．25NO．42008年12月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Dec．2008矩形钢管混凝土双向压弯构件力学性能初探陈宇超，王文达(兰州理工大学a．土木工程学院；b．西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心，甘肃兰州730050)摘要：基于ABAQUS软件，建立了矩形钢管混凝土双向压弯构件的三维实体有限元模型，进行了荷载一变形曲线的全过程数值模拟，理论模型得到了实验结果的验证。基于此模型，进行了矩形钢管混凝土双向压弯构件力学性能的影响因素分析，讨论了荷载偏心角、含钢率、约束效应系数、混凝土及钢材强度等参数

2、对其力学性能的影响规律。本文结论可为进一步研究矩形双向压弯构件的实用设计方法提供参考。关键词：矩形钢管混凝土；双向压弯；力学性能；数值模拟；参数分析中图分类号：TU392．3文献标识码：A文章编号：1672—7037(2008)04—0313—04近些年来，方、矩形截面钢管混凝土结构在三维实体单元，钢管则采用S4壳单元模拟。考工程中不断得到应用，如台北101大厦、武汉证虑钢管和混凝土之间的相互作用，采用切向的库券大厦、杭州瑞丰国际商务大厦等。矩形截面钢伦摩擦和法向硬接触来模拟二者之间的接触【1I2】。管混凝土构件由于其和梁的节点连接处理方便，1．2理论模型校验强轴方向的抗弯刚度大

3、，抗弯性能好，因此得到为校验本文理论模型的正确性，分别对文献更为广泛的应用。矩形钢管混凝土构件作为边柱u，卜Ⅲ中的方形及矩形钢管混凝土轴压、压弯(及角柱时，或承受非中心荷载时，往往为双向压弯双向压弯)试件进行了理论分析，总体上理论模构件，对矩形截面双向压弯构件的研究较少Ll】。拟结果和实验结果吻合良好。部分理论计算曲线为明晰矩形钢管混凝土双向压弯构件的力学性和实验曲线的对比见图1。由图1可见，理论曲能，建立合理的设计方法，有必要进行该类构件线与实验曲线吻合较好，可用来进行矩形钢管混力学性能的研究。本文建立了该类构件的数值模凝土构件双向压弯力学性能的分析和参数分析。拟模型，在得到试

4、验结果验证的基础上，对影响其力学性能的主要因素进行了参数分析，并得到2参数分析相关结论，可为进一步研究矩形钢管混凝土双向压弯构件的实用设计方法提供参考。2．1参数分析模型的确定参数分析时的典型构件以矩形截面Bxt=4001理论模型minx9_3mlTl为基础，截面长宽比分别取1．25，1．5，1．75，2，含钢率a=0．1。Q235钢材，c30混凝1．1有限元模型的建立土，构件计算长度L=3．6m。分别考虑了荷载偏利用ABAQUS【6软件模拟矩形钢管混凝土心率r，荷载偏心角，含钢率，钢材强度，v，双向压弯构件的力学性能。混凝土采用塑性损伤混凝土强度，cu，长细比等参数变化对矩形钢

5、管模型，单轴应力．应变关系采用韩林海(2007)【11混凝土柱构件极限承载力的影响，共计算472个中的相关表达式。钢材采用弹塑性材料模型。低模型。各参数分别按强轴和弱轴进行了计算，主碳钢的应力一应变关系采用二次塑流模型，而高强要参数对矩形钢管混凝土构件Ⅳ_“关系的影响钢材采用线性强化模型。核心混凝土采用C3D8见图2和图3。收稿日期：2008—06．18作者简介：陈宇超(1981．)，男，辽宁丹东人，硕士生，研究方向为组合结构，oceankkI@163．com。王文达(1976一)，男，甘肃清水人，副教授，博士，研究方向为组合结构及结构抗火，wangwd@lut．cn。基金项目：

6、甘肃省高等学校研究生导师科研项目计划(0703B一05)；甘肃省建设厅科技攻关项目(JK2007—8)；兰州理工大学博士基金。·314·华中科技大学学报(城市科学版)2008钜200020O01600l500400丕12002z1000800瓮200之5004OOOO002040600153045600204060“nmm(a)SHC1—1—2【(b)FGZ41(c)SHC一4。图1矩形钢管混凝土ABAQUS计算Ⅳ’“关系和实验结果比较500050005000400040004000Z3000Z3000z3000乏2000苫200020001000100010000OO02550

7、751000255O75、l000255O75100}，m／mil“一1111“lmm(a)e，，变化(强轴)(b)e，，变化(弱轴)(C)0变化(强轴)400060()06000300045004500ZZ2000圣3000差300010001500l5000000255O751000255075l00O255O75JOO14I1，llll“n1／mm“ln，mm●(d)0变化(弱轴)(e)，c变化(强轴)(f)，c变化(弱轴)500050006000400040004500Z