方形钢管混凝土局部屈曲有限元分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com2011年第6期混凝土与水泥制品2011N066月CHINAC0NCRETEANDCEMENTPRODUCTSJune方形钢管混凝土局部屈曲有限元分析金雪峰，袁丹凤，刘隆定(1．广州市住宅建筑设计院，510063；2．水利部珠江水利委员会勘测设计研究院，广州510064)摘要：应用通用有限元程序，对方形空钢管、方形钢管混凝土两种不同构件进行了特征值屈曲分析，研究了该两种不同构件的屈曲模式及临界屈曲应力，并与试验研究成果及理论分析结果进行了比较，结果吻合良好。关键词：方形钢管混凝土柱；局部屈曲；屈曲系数；有限元分析Abs

2、tract：Finiteelementanalysis(FEA)ofeigenvaluemethodareusedtostudythebucklingmodesandthecriticalbucklingstressofsteelplatesinthehollowboxcolumnsandtheconcrete—filledsteelboxcolumns．Comparisonoftheoreticalanalysis．FEAandexperimentalresultsarewellanastomosed．Keywords：Concrete-filleds

3、teelboxcolumns；Localbuckling；Bucklingcoefficient；Finiteelementanalysis(FEA)中图分类号：TU525文献标识码：A文章编号：1000—4637(2011)O6—33_030前言本文的主要目的是分别建立适用于方形空钢屈曲分析主要用来确定结构开始变得不稳定管、方形钢管混凝土两种构件的三维有限元分析模时的临界载荷和屈曲模态形状(即结构发生屈曲响型，并对该有限元模型进行特征值屈曲分析，进而应的特征形状)。结构的屈曲分析主要包括非线性求出各种不同有限元模型的临界屈曲荷载及局部屈曲分析和特征值(

4、或线性)屈曲分析两种，这两种屈曲系数。分析方法在计算中通常会产生不同的结果输出。特1有限元模型征值屈曲分析一般用于预测一个理想弹性结构的1．1单元类型理论屈曲强度(分歧点)，这种方法满足于经典的教在本次有限元分析中，方形空钢管及方形钢管本理论，它是进行非线性屈曲分析的基础，在稳定混凝土柱中的钢管均采用8节点的Soild45单元，分析中占有重要地位。但是，由于材料的初始缺陷混凝土采用8节点的Solid65单元Ⅲ。和非线性等原因，往往导致了理想结构很难获得其1．2本构关系理论弹性屈曲强度，而在非线性屈曲分析中，可以混凝土是一种复合材料，物理性质相当复杂，考虑

5、到结构的初始缺陷、塑性行为、裂纹以及大变具有拉压不对称的力学性能，抗拉强度仅为抗压强形效应等，从而使得非线性屈曲分析比线性屈曲分度的8％-15％。在受压区段中，混凝土在达到其最大析更精确l1-2]。线性屈曲与非线性屈曲分析曲线如图抗压强度的大约30％前基本保持线弹性状态，而后1所示混凝土的应力逐步增加，切线模量不断减小直至零，此时达到其最大抗压强度，随后混凝土出现软鼹化，最终在应变达到占。时被压坏。在受拉区段中，挺可近似认为混凝土线弹性地达到其抗拉强度，而后开裂并逐步丧失承载能力。本次分析取．=0．8=50．0MPa，fc=0．26(fc)=4．1MPa

6、。采用的混凝土受压区段的本构曲线是根据我国现行规范GB50010—2002(混凝土结构设计规范》翻，对典型的混凝土单轴抗压应力一应变曲线进行简化得到的。简化的混凝土应力一应变曲线如图2所示。横向变形U构件钢材的本构模型采用图3所示的弹性一强化模型，其应力应变关系为：图1线性及非线性屈曲分析曲线一33—学兔兔www.xuetutu.com2011年第6期混凝土与水泥制品总第182期图4方形空钢管试件有限兀模型1．4．2方形钢管混凝土图2简化的混凝土单轴抗压应力一应变曲线本次对文献[4]的LB1、LB3、LB5、LB7和LB9试件进行了有限元建模分析，以LB

7、7试件为例，根据J实际加载情况，有限元分析时施加的约束条件如下：f、——柱身下端面均假定铰接，即将柱底的各节点约束住lE{其X、Y、Z方向的平动自由度，对于柱身上端面，柱顶一80，f的各节点约束住其X、Y方向的平动自由度，允许出现竖向位移。试件的有限元模型单元划分示意图如．j。一8y图5所示。图3钢材的单轴应力一应变曲线[fy+0．O1Es(一O~y)(≥／E)O"={Es(一≤<)sI-=+0．01Es(一8y)(<一)l_3开裂方式本次分析采用分布裂缝模式。混凝土开裂后，由于咬和、暗梢等作用，混凝土尚可保持部分抗剪图5LB7试件有限元模型能力。ANS

8、YS里混凝土材料的剪力传递系数是体现混凝土裂缝传递剪力能力的系数，变化范围在0-