方中空夹层钢管混凝土压弯构件滞回性能的有限元分析

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1、铁道建筑2010年第7期RailwayEngineering57文章编号：1003-1995(2010)07-0057-05方中空夹层钢管混凝土压弯构件滞回性能的有限元分析黄宏，黄诚，陈梦成(华东交通大学土木建筑学院，南昌330013)摘要：研究方中空夹层钢管混凝土压弯构件的滞回性能是进行该类结构弹塑性动力反应分析的基础。本文利用有限元软件ABAQUS建模，模型中合理地考虑了往复荷载作用下混凝土的损伤以及刚度和强度退化，同时考虑了钢材的包兴格效应，对往复荷载下方中空夹层钢管混凝土压弯构件的荷载一位移全过程进行了计算，计算结果与试验结果符合较好。在此基础上，结合钢管和

2、混凝土的纵向应力分布云图对构件的荷载一位移全过程进行了分析，这对深入研究该类构件的工作机理有重要意义。关键词：方中空夹层钢管混凝土压弯构件滞回性能有限元中图分类号：TU392．3文献标识码：A中空夹层钢管混凝土由钢管混凝土发展而来，是研究方中空夹层钢管混凝土构件的滞回性能是进一种在两个同心放置的钢管之间灌注混凝土而形成的行该类结构弹塑性动力反应分析的基础，目前国内外构件，除具有钢管混凝土的基本优点外，还有截面开对该类构件的滞回性能研究很少，作者所在课题组¨J展、抗弯刚度大、自重轻等特点。当受压构件长细比较进行了12个方中空夹层钢管混凝土压弯构件的滞回大时，构件的承载

3、力将由其刚度控制，钢管混凝土构件试验研究，并采用纤维模型法对荷载一位移滞回曲线截面的强度承载力就不能得到充分发挥，而采用中空进行了计算。纤维模型法计算简便快捷，但不能准确夹层钢管混凝土就具有很好的效果，因此将中空夹层地分析钢管和混凝土单元的三向应力以及在受力过程钢管混凝土应用于高架桥桥墩、海洋平台结构的支架中钢管和混凝土之间的相互作用，因此不能对其工作柱和高耸构筑物中具有较大的优势。机理进行分析，而有限元法可以全面地了解构件在受中空夹层钢管混凝土的内、外钢管可采用圆形、方力过程中的应力和应变分布、内外钢管与混凝土的相形、矩形或其它截面形状钢管的两两组合，因此该类构互

4、作用和破坏形态，从而能较深入地认识其工作机理；件有较多的截面形式。由于方形钢管作为外管有利于张耀春等采用ABAQUS对带肋薄壁方钢管混凝土梁柱节点的连接，而圆形钢管作为内管有利于防止内柱的滞回性能进行了模拟计算，计算结果与试验结果管发生局部屈曲，因此，本文拟对图1所示截面形式的符合较好。方中空夹层钢管混凝土构件进行研究。本文拟采用有限元软件ABAQUS建模对往复加载下方中空夹层钢管混凝土的荷载一位移关系全过程进行计算，在有限元计算模型可靠性得到试验验证的基础上，结合钢管和混凝土的纵向应力分布云图对该类构件的荷载一位移全过程进行分析。混凝1有限元模型的建立利用有限元软

5、件ABAQUS进行建模，对往复荷载下方中空夹层钢管混凝土的荷载一位移关系进行全过图1构件截面示意程计算。1．1材料的本构关系模型钢材采用双线性随动强化模型，分为弹性段和强收稿日期：2010-03-02；修回日期：2010-04-26基金项目：国家自然科学基金资助项目(50968006)；江西省自然科学基化段，考虑了包兴格效应，在弹性阶段的弹性模量E金资助项目(2009GZC0023)。和泊松比分别取206GPa和0．3，取强化模量为作者简介：黄宏(1977一)，女，江西樟树人，副教授，博士。0．O1EE3]。58铁道建筑混凝土采用塑性损伤模型，该模型是基于拉、压各混

6、凝土界面切向力的传递：界面可以传递剪应力，直到向同性塑性的连续线性损伤模型，可较好地模拟混凝剪应力达到临界值，界面之间产生相对滑动，摩擦系数土在单轴、双轴等复杂状态下的工作性能。同时将损取0．25。伤指标引入混凝土模型，对混凝土的弹性刚度矩阵加1．4边界条件以折减，以模拟混凝土的卸载刚度随损伤增加而降低试验中试件两端铰接，通过跨中的刚性夹具对试行为，同时将非关联硬化引入混凝土弹塑性本构模型件施加荷载。根据试件的实际受力情况，建立模型的中，以更好地模拟混凝土的受压弹塑性行为。塑性损边界条件。由于结构和受力的对称性，因此取半结构伤模型认为混凝土的破坏可分为拉裂和压碎两种

7、情模型进行计算，跨中截面沿XOY平面对称，底部盖板况，其屈服面和破坏面由等效拉、压非弹性应变控制，中心线约束、y两方向位移，如图2所示。采用多个因此，该模型需要分别采用受拉和受压的应力一非弹分析步进行模拟，在第一个分析步中对构件底部盖板性应变关系来定义材料的性能。对于往复荷载下的受施加轴向面荷载，后面的多个分析步中均保持轴力恒拉混凝土，综合考虑计算的效率以及收敛性和准确性，定，将每个循环中的正向、反向加载各自定义成一个分本文采用混凝土开裂应力一开裂位移来考虑混凝土的析步，依次对跨中刚性夹具的位移加载线进行位移加受拉软化性能。核心混凝土的单轴受压应力一应变关载。系