L形钢管混凝土轴压柱力学性能研究.pdf

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1、闫宗福等：L形钢管混凝土轴压柱力学性能研究53L形钢管混凝土轴压柱力学性能研究闫宗福，张文璇，张悟成(甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司．兰州730030)【摘要】在选择合适的钢管混凝土应力一应变关系模型的基础上，利用ABAQUS有限元软件对钢管混凝土的矩形轴压柱实验进行了数值计算，计算结果与实验结果吻合良好，基于此正确模型基础上，利用ABAQUS软件建立了L形钢管混凝土轴压柱的数值分析模型。对L形钢管混凝土柱的受力特性进行了分析，对比了是否考虑焊接内隔钢板对L形钢管混凝土柱的力学性能的影响。结果表明：

2、L形方钢管混凝土轴压柱的极限承载力随着单肢截面高宽比B的增大而不断减小，焊接内隔钢板对L形钢管混凝土柱承载能力提高有一定贡献，L形钢管混凝土轴压柱在转角处有扭曲和应力集中现象。【关键词】结构工程；有限元；L形钢管混凝土；轴压柱；数值模拟【中图分类号】TU398【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2011)11—0053—02由于钢管混凝土结构在力学性能上及施工上有诸多优料库中提供的混凝土塑性损伤本构模型。点，因此被广泛地应用到建筑工程的很多领域。如在大跨(2)计算模型单元选取及网格划分。钢

3、管单元选取度桥梁、高层及超高层建筑中得到广泛的应用(韩林海，采用四节点完全积分格式的壳单元(S4)，为了满足精度以2007⋯)等。目前，方形和圆形钢管混凝土的力学性能试验及便于收敛，在厚度方向上采用9个积分点的Simpson积与理论研究已经较多，研究结果表明钢管混凝土结构具有分。混凝土采用八节点积分格式的三维实体单元(C3D8)。承载力高，塑性性能优越，抗震性能好，耐火及火灾后期的钢管与混凝土界面法线方向采用硬接触，垂直于接触可修复性能较好。随着国民经济实力的加强，对建筑结构面的压力可以完全地在界面问

4、传递。钢管与混凝土界面切功能的要求越来越高，为提高建筑的使用面积以及不露柱向力传递采用库仑摩擦模型来模拟，该界面可以传递剪应的功能要求，避免房间出现棱角，使建筑平面的整体布局美力直到剪应力达到临界值，产生相对滑动。观合理，L形钢管混凝土柱扮演着重要的角色。迄今为止，本文采用的L钢管混凝土计算模型对形钢管混凝土轴对L形钢管混凝土构件的力学性能研究较少。为进一步完压柱底部对U。、、三个方向位移进行了约束，并同时对善钢管混凝土的力学性能理论，有必要对L形钢管混凝土三个方向的转角进行了约束。轴压柱的受力性能进

5、行研究。本文研究结果也可为钢管混(3)主要加载步骤：①为便于收敛，首先采用比较小凝土转角柱、T形及十字形钢管混凝土柱的下一步研究工作的力对构件进行加载；②保持模型中的单元类型、单元网格提供参考。划分、钢材和核心混凝土界面模型、边界条件不变；③当完1有限元(ABAQUS)模型成第一步加载后，对钢管混凝土轴心受压构件进行位移加(1)材料本构关系模型。ABAQUS具有丰富的材料载，直到L形钢管混凝土轴压构件受压破坏；④从而得到L本构模型库，可以模拟大多数的工程材料(庄茁等，形钢管混凝土轴压构件荷载一变形的全

6、过程曲线。2005_2)。本文钢材采用ABAQUS软件中提供的等向弹塑2计算结果与实验结果对比性模型，符合VonMises屈服准则。由于低碳软钢和高强钢对韩林海等(2007)中的6个矩形钢管混凝土轴心受材的变形特点不同，其应力一应变关系曲线分别采用二次压构件的实验进行了数值计算，计算结果与试验结果吻合塑流模型或双折线模型(韩林海等，2007⋯)。钢材弹性模良好。其中L为计算长度，D为截面高度，为截面宽度，t为量取2．06×10MPa，泊松比取0．3。混凝土选用ABAQUS材钢管厚度，部分计算结果见图1

7、。e~lO‘Iv*e~10q／~(日)rcl-1(b)re3-1(c)re7—1低温建筑技术2011年第11期(总第161期)16oOl4OOl200lO08006oO4002OOO0l234~xlO‘

8、n~lO‘，(d)re9—1(e)rclI-I图I计算结果与试验结果对比3受力性能分析轴，转角处容易发生扭曲和应力集中现象，降低了构件的承L形钢管混凝土具有以下特点：①构件截面单肢高宽比载能力。因此本文通过对钢管内阴角与阳角处焊接内隔钢不同，受力性能有可能不同；②核心混凝土在转角处可能会板，以此希望加

9、强构件的整体稳定性和承载能力。发生应力集中现象。L形钢管混凝土的应力分布尚不清楚。本算例通过单肢截面高宽比』B=2时的钢管混凝土轴压因此有必要对L形钢管混凝土构件的力学性能进行研究。构件钢管内是否焊接内隔钢板，进行了计算与对比分析。通过计算采用的核心混凝土允=26．8MPa，E=32500MPa，图3可看出，钢管内焊接内隔板后，L形钢管混凝土柱的承载泊松比取0．2，钢管屈服强度，v=345MPa，E=206000MPa，能力得以提高。这主要是因为，钢管中