十字型截面改进钢异型柱模拟结果与分析

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1、·78·2013年第6期2013年12月SichuanBuildingMaterials第39卷总第176期DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2013.06.035十字型截面改进钢异型柱模拟结果与分析潘振军,陈少杰(西安科技大学,陕西西安　710054)摘要:随着对高层建筑使用功能要求的提高,高层钢管组合而成,焊缝变为1,2,3,4,5,6,7,8从4个建筑在数量增多、高度不断提升的同时,结构型式也发生焊缝变为了8个焊缝,并且不同T型钢之间的焊缝距离提变化。钢异型柱结构体系

2、便是顺应这种变化发展起来的新高2R,避免了因焊接而导致应力过于集中,提高其承载性的结构型式之一。虽然十字型钢异型柱克服了室内外露柱能和抗震性能,扩宽了钢异型柱的使用范围。角的弊端,但是其在工艺制作的过程中某些部分应力过于改进型截面异型柱不仅保留了传统钢异型柱的特点,并集中,严重影响了钢异型柱的承载性能和抗震性能。笔者结合自身的截面型式特点,使其受力性能具有独特之处。通针对这种情况提出了十字型截面钢异型柱的改进方案,因过对两者截面惯性矩的比较,传统型X轴方向强于Y轴方此建立了3组模型7个试件,并设计完成了新旧钢

3、异型柱向,而改进型X轴方向等于Y轴方向,使两个方向的屈曲荷在不同轴压比、不同翼缘宽厚比和不同腹板高厚比的数值载相等,同时使得构件在荷载不大时发生扭转的概率大大降模拟。低。传统型钢柱与改进型钢柱的几何截面参数见表1~2。关键词:钢异型柱;数值模拟;十字型截面表1传统型模型几何参数中图分类号:TU973．2文献标志码:B序号编号λfλwtf/mmtw/mmn文章编号:1672-4011(2013)06-0078-03　1A-15．7514．13880．22A-25．7514．13880．41　模型设计3A-35．

4、7514．13880．64B-17．6714．13680．4模型缩尺比例参照现行国标型钢的参数来设计为1∶2,5B-215．3314．13380．4所有的模型计算长度均取1350mm,横截面高度和翼缘宽6C-15．7519860．4[1]度分别为250mm和100mm。7C-25．7538．5830．45050表2改进型模型几何参数序号编号λfλwt/mmtf/mmtw/mmnwh1a-15．756．818880．2fb2a-25．756．818880．4162503a-35．756．818880．6bf25

5、50504b-17．676．818680．4wthf5b-215．336．818380．46c-15．759．086860．4tf2507c-25．7518．173830．4图1　传统“十”字型钢构件结构型式2　钢材力学性能5050根据文献[3-4]钢柱采用Q235钢,材料弹性模量E=2．06w5h×10MPa,泊松比为0．3,σ=235MPa,ε=0．00114,σ=yyu87420MPa,ε=0．15,σ=330MPa,ε=0．22。uttfb505016f252503　网格划分和边界条件和加载方案btt

6、f34本文采用ANSYS软件,为了更好的模拟十字型钢异型wh柱构件的受力性能,根据其截面的特点,采用SOLID92和tf250VonMises材料屈服准则,SOLID92具有塑性、应力强化、大变型和大应变能力的特点,钢材采用多线性随动强化。在AN-图2　改进“十”字型钢构件结构型式SYS中,初始几何缺陷一般可以通过修改模型的节点坐标来图1可知传统型钢异型柱,由1根H型钢和2根T型实现,构件初始几何缺陷可假定为构件的某一屈曲模态或者[2]某几个模态的组合。ANSYS里可以根据相同模型的特征值钢通过焊接组合而成,

7、焊缝1,2,5,6四个焊缝,焊缝屈曲分析的屈曲模态,来对模型进行修正。压杆的初弯曲取的集中必然导致应力的过于集中,严重影响了钢异型柱构[5]为杆长的1/1000。ANSYS计算分析时,首先对模型在静件及其结构的承载性能和抗震性能。因此笔者把十字型钢力下进行整体特征值屈曲分析,分析得到的第一模态代替原异型柱设计成图2改进型,由4根短型的T型钢和1根圆来的模型,以模拟模型的初始缺陷。根据本单元的特性和模作者简介:潘振军(1987-),男,广西南宁人,在读硕士研究生,主要型的尺寸,本文采用自由划分网格,精度的高低影

8、响着计算研究方向:结构工程。的精确和使用时,因此人为控制网格划分的精度,合理的模2013年第6期·79·第39卷总第176期SichuanBuildingMaterials2013年12月拟十字型钢异型柱构件的受力性能见图3~4。σσuσtσyεyεuεtε图3　钢材本构关系轴力图11　c-2及C-2的滞回曲线水平荷载从图5~11的滞回曲线可以得出下面规律:(1)从图中可以很明显看出,当