圆钢管活性粉末混凝土长柱轴心受压承载力分析

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1、铁道建筑136RailwayEngineering0ctober，2013文章编号：1003—1995(2013)10—0136—04圆钢管活性粉末混凝土长柱轴心受压承载力分析杨骏，闫志刚，罗华(北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044)摘要：应用ABAQUS建立了圆钢管活性粉末混凝土(reactivepowderconcrete，简称RPC)长柱有限元模型，计算得到16个试件的荷载一变形曲线和极限承载力，极限承载力计算结果与已有试验结果吻合较好。研究长细比和套箍系数对圆钢管RPC长柱轴心受压极限承载力的影响，并对长柱和短柱的受力性能进行了比较。研究结果表明：不同长

2、细比试件的荷载一变形曲线在弹性阶段均吻合良好，在弹塑性阶段出现破坏以后，曲线均有不同程度的偏差；不同套箍系数试件弹性阶段的荷载一变形曲线及极限承载力均区别不大，套箍系数较大的圆钢管RPC长柱后期强度提高较大，且延性较好；圆钢管RPC短柱的弹性阶段比长柱有所延长，极限承载力亦显著增加；短柱破坏表现为核心混凝土破坏、钢管屈服，长柱破坏表现为整体失稳。关键词：圆钢管活性粉末混凝土轴心受压有限元分析极限承载力中图分类号：TU528．59文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2013．10．43钢管混凝土与普通混凝土相比在力学性能和施工表1钢管材料

3、力学性能上具有明显优点，在我国已经应用了40多年，并发展出多种形式，如方钢管混凝土、圆钢管混凝土等。钢管中的混凝土也由普通混凝土发展到高强混凝土，而超高性能混凝土——活性粉末混凝土的出现，显著提高了钢管混凝土的承载能力。目前对于钢管活性粉末混凝土短柱的轴心受压性能研究较多，但是对于长柱性能的研究还比较缺800乏。本文应用有限元法研究不同长细比、不同套箍系700数对圆钢管活性粉末混凝土长柱承载力的影响，为工600程应用提供参考。蛊5oo40030o1有限元模型的建立及分析2001OO01．1钢管的材料模型钢管的材料力学性能试验数据见表1，其中数据图1试件抗拉应力一应变曲线分

4、为3组：第1组对应钢管RPC试件R．1～R．4[63(见表1中G一1、G一2)；第2组对应钢管RPC试件R一5～R一1．2约束混凝土本构关系模型8‘(见表1中G-3)；第3组对应钢管RPC试件SR．1、约束混凝土模型采用韩林海的约束混凝土本构关SR一2及R一9～R-14(见表1中G．4、G-5)。其中钢系模型。。。和Susantha的约束混凝土本构关系模材的应力～应变曲线见图1。型。在韩林海的模型中，将套箍系数作为主要参数来分析钢管与混凝土的相互作用。同时，也会用到文献[1O]中的核心混凝土等效应力一应变关系模型。收稿日期：2013-02—04；修回日期：2013．07．

5、19基金项目：国家自然科学基金资助项目(51008014)；北京交通大学基本Susantha约束混凝土本构关系模型主要根据钢管径厚科研业务费资助项目(2011JBM259)比限值进行定义。图2为约束混凝土应力一应变关系作者简介：杨骏(1988一)，男，四川汶川人，硕士研究生。曲线。2013年第10期杨骏等：圆钢管活性粉末混凝土长柱轴心受压承载力分析l37(a)A式加载(b)B式加载(c)C式加载应变￡图2约束混凝土应力一应变曲线图3钢管混凝土柱的3种加载方式1．3钢与混凝土之间的接触面模型在柱底，将一个约束控制点与柱子底面的运动耦合约接触面模型对于有限元分析的结果将产生很

6、大的束在一起。其中，除了柱子顶端留轴向自由度外，其余影响，在ABAQUS建模中，接触面由两方面构成：一是柱顶、底端的所有自由度均被约束住。在柱顶施加界面法线方向的接触，二是切线方向的黏结滑移。界20mm的位移荷载，由于试验中长柱的轴心受压存在面法线方向的接触又分两种：运动学列式(硬接触)和侧向变形过大的问题，所以在柱顶施加1kN·m的弯矩罚函数列式(软接触)。“硬接触”含义为：接触压力的来模拟钢管RPC试验中的侧向变形对于轴心受压的大小在接触面之间的传递不受限制，当接触压力变为影响。0或负值时，两个接触面分离，并且去掉相应节点上的1．5有限元模型的验证接触约束。“软接触”

7、局部弹性响应可以在接触物之钢管RPC轴心受压所建模型基本参数及试验结间发生。果与有限元分析结果的比较见表2。从表2可得，在本文的分析中，为了更好地模拟实际情况，采用Ⅳ／Ⅳ的平均值为0．965，方差为0．0016，N／Ⅳ的平“硬接触”作为钢材和混凝土界面之间的接触。由于均值为0．879，方差为0．0012。韩林海的约束混凝土钢管混凝土在受压的过程中会产生变形，而且钢管和本构关系模型有限元计算结果与试验结果吻合较好，混凝土的变形并不一致，故切向作用也需要考虑，对于比较适用，所以将韩林海的约束混凝土本构关系模型界面切向的粘结滑移本文