基于三维单元的多层钢管混凝土框架非线性有限元分析.pdf

《基于三维单元的多层钢管混凝土框架非线性有限元分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第28卷第3期土木工程与管理学报V01．28No．32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep．2011基于三维单元的多层钢管混凝土框架非线性有限元分析付博啸，王文达，张鹏鹏(兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州730050)摘要：钢管混凝土能够充分发挥钢材和混凝土的特点，在实际工程中的应用越来越广泛。本文采用有限元软件ABAQUS对多层钢管混凝土框架进行三维有限元数值模拟，考虑材料及几何非线性，分析了钢管混凝土框架在单调加载下的荷载一位移全过程，探讨了采用该方法时的建模、核心混凝土及钢材本构模型的选取、钢管与混凝土之间的界面处理等关键

2、问题，数值模拟结果和试验结果总体上吻合良好。关键词：三维单元；钢管混凝土；框架；非线性；数值模拟中图分类号：TU398．9文献标识码：A文章编号：2095-0985(2011)03-0124-04近年来，钢管混凝土以其优越的结构性能和施工工艺被广泛应用于高层、超高层建筑和桥梁有限元模型的建立建设当中，取得了显著的经济效益。为了研究钢管混凝土结构的非线性荷载．变形特性，许多学者1．1模型概况进行了钢管混凝土平面框架的低周往复荷载试文献[3]中试验模型框架为三层两跨，跨度验，文献[1]已经对此作了详细的综述。其中比1．5m，层高1m，采用方钢管混凝土柱，框架梁采较典型的试验包括文献[2]进行

3、的12榀一层一用普通工字钢I18；文献[4]中试验模型框架也为跨圆、方钢管混凝土平面框架在低周往复荷载下三层两跨，跨度1．5m，层高1．2m，采用圆钢管混的试验，文献[3]和文献[4]分别进行的三层三跨凝土柱，框架梁为工字形截面180millx100mm方、圆钢管混凝土框架在低周往复荷载下的试验×5mm×8mm，模型其他相关信息见表1。等。对多层钢管混凝土框架非线性分析方面包括表1模型信息基于统一理论J、基于非线性纤维梁一柱理论和柱基于非线性有限元理论等。其中，文献[8][9]类型／mm钢率中柱边柱z基于三维有限元理论应用ABAQUS软件分析了方150×60．180．40．25242．6

4、34．2钢管混凝土单层平面框架的荷载一位移全过程和圆150×50．150．40．32331．757．95力学性能。1．2材料本构模型基于三维单元的有限元分析可准确的描述核进行钢管混凝土力学性能数值分析的前提是心混凝土和钢管的多轴应力状态以及它们之间的合理的选取钢材和混凝土的本构关系模型。本文粘结滑移等相互作用。本文选取了文献[3]和中混凝土采用塑性损伤模型，钢材采用ABAQUS[4]中的两个典型的方、圆钢管混凝土多层框架提供的弹塑性材料模型。应力一应变关系选用文结构在低周往复荷载作用下的试验试件为研究对献[1]建议的适用于低碳软钢的二次塑流模型和象，采用有限元软件ABAQUS分析了其荷载

5、一位移考虑约束效应的混凝土应力．应变关系模型。全过程，并对其微观受力特性进行了分析，本文方1．3单元类型及网格划分法可为进一步系统研究钢管混凝土框架体系的力ABAQUS包含丰富的单元库，用户在设置单学性能提供参考。元类型时可以根据需要选择。利用ABAQUS做隐式静力分析，为了满足计算精度和耗时的要收稿日期：2011-05-27作者简介：付博啸(1986．)，男，河北辛集人，硕士研究生，研究方向为钢与混凝土组合结构(Email：cefubx@gmail．con)基金项目：甘肃省高等学校基本科研业务费专项资金(0904ZTB147)；兰州理工大学科研发展基金(201002)第3期付博啸等：基

6、于三维单元的多层钢管混凝土框架非线性有限元分析·125·求，钢管、钢梁、内隔板及外环板可采用四节点壳，：一单元S4，核心混凝土采用八节点实体单元C3D8，f，，、钢管混凝土柱顶加载板采用三维四边形刚性单元z，R3IM。文献[3]、[4]中方、圆钢管混凝土半框架言CF一22(试验)p模型网格划分情况见图1。＼：ICD一22(计算)——一’＼SF一22(试验)：：=：⋯⋯--SF一22(计算)△／mm图2框架试件试验骨架曲线与ABAQUS计算骨架曲线对比2有限元分析结果2．1荷载一位移全过程分析根据以上建模要点，利用ABAQUS软件对文献[3]、[4]中的三层两跨方钢管混凝土框架和圆(a)方

7、钢管混凝土框架(b)圆钢管混凝土框架钢管混凝土框架进行了基于三维单元的非线性有图1钢管混凝土半框架有限元网格划分及加载示意限元分析，数值模拟结果与试验曲线吻合良好，其荷载一位移全过程(P一△)曲线见图3。1．4接触处理～如何合理地处理钢管与混凝土界面处的粘结{、滑移作用是钢管混凝土非线性分析的一个关键问，题。对于本文，在法线方向采用硬接触，切线方向——试验采用库仑摩擦模型。钢管、内隔板、外环板和钢梁———}⋯⋯一计算～，／的连接采用