矩形钢管混凝土构件基本剪切性能研究

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1、铁道建筑2010年第3期RailwayEngineering109文章编号：1003—1995(2010)03—0109—03矩形钢管混凝土构件基本剪切性能研究史艳莉，陈宇超，王文达(1．兰州理工大学土木工程学院，兰州730050；2．辽东学院城市建设学院，辽宁丹东118001)摘要：基于ABAQUS软件，建立了圆形及矩形钢管混凝土构件纯剪时的数值模型，并经圆形及方形构件纯剪试验结果对理论模型进行了验证，对矩形截面钢管混凝土构件纯剪受力下的力学性能进行了参数分析，建议了矩形钢管混凝土构件纯剪受力下极限抗剪承载力的计算公

2、式。关键词：矩形钢管混凝土纯剪力学性能数值模拟参数分析中图分类号：TU398文献标识码：A目前，对矩形钢管混凝土构件轴压、压弯、纯弯等中其弹性模量可定义为10MPa，泊松比为0．0001。荷载作用下的力学性能和设计方法的研究较多¨。，对1．2单元模型、接触模型及网格划分其在横向受剪情况下的设计方法很少见报道，对钢管混凝土、钢管、加载板三者均采用8节点缩减积分混凝土剪切性能的研究主要集中在圆形截面和方形截格式的C3D8三维实体单元。钢管和核心}昆凝土之间面构件方面，如文献[4]进行了圆形钢管混凝土构件的接触考虑法向接触，

3、采用大刚度接触单元来模拟，切的剪切试验研究，文献[5]进行了18个圆钢管混凝士向接触采用库伦摩擦来模拟。钢管及混凝土与加试件和11个方钢混凝士试件的剪切试验研究。载板均采用绑定约束，保证加载板和混凝土在接触面本文基于ABAQUS软件分别建立了圆形、方形及上位移一致。网格划分采用网格试验的方法来确定合矩形钢管混凝土构件横向受剪时的三维有限元数值分理的网格密度。典型的矩形钢管混凝土构件横向受力析模型，并基于此理论模型，进行了108个矩形钢管混分析的有限元模型见图1。凝土构件纯剪受力时的参数分析，得到了各主要参数对其荷载一变

4、形曲线的影响规律。1有限元模型的建立固定边1．1材料模型界条件建立矩形钢管混凝土构件在横向剪切时有限元模型时，合理的材料模型是数值模拟成功与否的关键。图l矩形钢管混凝士构件纯剪有限元网格及边界条件本文在建立其ABAQUS有限元模型时，钢管采用弹塑1．3荷载施加及边界条件性材料模型，其中低碳软钢的应力一应变关系采用二矩形钢管混凝土构件纯剪模型试件通过施加横向次塑流模型，高强钢材则采用线性强化模型，具体表达位移进行求解，位移荷载施加分为强轴和弱轴两个方式见文献[1]。核心混凝土采用ABAQUS中的混凝土向，横向位移施加于加

5、载板顶端，底端采用固定约束。塑性损伤模型，混凝土单轴受压等效应力一应变关系典型的构件荷载及边界条件施加模式见图1。采用文献[1]中表达式，混凝土受拉时的软化性能采用ABAQUS中提供的应力一断裂能表达式。构件2模型验证两端的加载板是为避免加载过程中产生应力集中而设由于未搜集到矩形钢管混凝土构件纯剪试验数的，加载板定义为不可变形的弹性材料，在有限元模型据，图2和图3中仅给出了部分圆形和方形钢管混凝土纯剪构件试验结果的荷载一变形(P一△)全过收稿日期：2009-07—30；修回日期：2009—12-12程曲线对比。其中，P

6、为剪力，△为试件变形。可见，基金项目：甘肃省高等学校研究生导师科研项目计划(0703B-05)兰州理工大学博士基金(SB04200801)。理论计算与试验结果总体上吻合较好，部分存在一定作者简介：史艳莉(1977一)，女，河北涿州人，讲师，硕士。差异，主要原因是钢管混凝土构件纯剪受力试验的实ll0铁道建筑March，2010注：D为圆形试件截面直径，t为钢管壁厚为钢材屈服强度为混凝土强度，m为剪跨比。图2圆形钢管混凝土构件横向受剪时理论与试验P一△关系曲线比较注：为方钢管构件截面边长。图3方形钢管混凝土构件横向受剪时理

7、论与试验P一△关系曲线比较际边界条件与理论模型的边界条件之间有一定的差献[1]对圆形及方形钢管混凝土受剪分析表明，剪跨异，使试验测试得到的试件刚度小于理论计算结果。比m≤0．2(剪跨比定义为m=L／D或L／B，其中，工为试件长度，D为圆试件截面直径，曰为方试件截面边3典型破坏模态分析长)时，构件为剪切破坏；0．2≤m≤0．4时，构件为弯剪由图4(a)可见，矩形钢管混凝土强轴方向受剪时破坏；m>0．4时，构件为弯曲破坏。所以，本文分析时角点的主应力分布较其它位置集中，非受剪面比直接试件的剪跨比均取m=0．2。图5给出了各

8、主要参数受剪面主应力大，构件屈服时非受剪面向外翘起。图对矩形钢管混凝土构件绕强轴纯剪受力时的Jr一关4(b)为弱轴方向受剪情况，同样可以看到角点处主应系全曲线的部分影响规律-，。力较为集中，弱轴方向受剪时非受剪面主应力大于受各主要参数的影响规律归纳如下：剪面主应力，屈服时非受剪面向外翘起，且非受剪面翘1)钢材强度()。图5(a)给