圆中空夹层钢管混凝土抗弯承载力

混凝土材料采用 SOLID 65 单元模拟，混凝土材料 的弹性模理取为 3 × 104 MPa，泊松比取 0. 2，标准抗压
［基金项目］ 新疆维吾尔自治区高等学校科研计划重点项目资助（ XJEDU2010110） ； 新疆大学“天山学者”讲座教授科研项目资助
张 栋等： 圆中空夹层钢管混凝土抗弯承载力分析
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仍然相 当 稳 定，承 载 力 没 有 出 现 下 降 的 趋 势 ，并 且 变 形还可以继续增加，表明这种结构形式具有很好的变 形能力和延性，这是因为钢管和混凝土的相互约束作 用，改 善 了 构 件 的 力 学 性 能，除 空 心 钢 管 构 件 因 为 没 有混凝 土 的 支 撑，承 载 力 略 有 降 低 外，其 它 构 件 的 抗 弯承载力仍表现出很好的后期承载能力。
ζ
114 × 3
—
0. 00 1. 34 86
l / mm 1500 1500
Scc2
114 × 3
42 × 3 0. 39 2. 14 1500
Scc3
114 × 3
54 × 3 0. 50 2. 61 1500
Scc4
114 × 3
58 × 3 0. 54 2. 82 1500
文中拟以空心率为变量，对 9 个圆中空夹层钢管 混凝土试件进行抗 弯 承 载 力 有 限 元 分 析，其 中 包 括 一 个实心圆钢管混凝土模型和一个空心钢管模型，模型 内、外管尺寸及钢管的壁厚等模型尺寸如表 1 所示。 2 有限元计算模型的建立
（ 1） 材料的单元类型选择及本构关系。钢管材 料选用 SOLID 45 单元模拟。钢材为理想弹塑性模型， 在屈服点之前的性质 接 近 理 想 的 弹 性 体，屈 服 点 之 后
Scc5
114 × 3
68 × 3 0. 63 3. 53 1500
Scc6
114 × 3
76 × 3 0. 70 4. 41 1500
Scc7
114 × 3
88 × 3 0. 81 7. 42 1500
空心钢管
114 × 3
—
1 — 1500
注： 空心率 χ = Di / （ D0 － 2t0 ） ，Di 为内钢管的外直径，D0 为外 钢管的外直径，t0 为外钢管的壁厚约束效应系数 ζ = As fy / Ac fck ，As 、 Ac 分别为钢管和混凝土的横截面面积； fy 、fck 分别是钢管和混凝土 的屈服强度和抗压强度标准值。
Key words： monotone vertical loads； hollow rate； late bearing capacity
圆中空夹层钢管混凝土结构具有承载力高，自重 轻、塑性、韧性好等优点［4，5］，作为一种新型结构形式受 到国内外相关研究人员及工程设计人员的重视，该结构 在运输管道、隧道等工程中的应用较为广泛，在工程实 际中得到较多的应用。韩林海等［4，8］对圆中空夹层钢管 混凝土构件的纯弯性能进行了一定的试验和理论研究 工作，并取得一定的成果，但由于圆中空夹层钢管混凝 土组合构件受力较复杂，尚没有一套统一、适用面广的 构造形式，本文中通过运用有限元对 9 个不同空心率情 况下的圆中空夹层钢管混凝土构件抗弯承载力进行模 拟分析，得出较为合理的截面空心率。 1 圆中空夹层钢管混凝土模型的尺寸选择
的流幅 接 近 理 想 的 塑 性 体。钢 材 的 弹 性 模 量 取 2 × 105 MPa，泊松比取 0. 25，屈服强度 fy 取为 235MPa，其 应力 － 应变关系采用双线性等向强化模型（ BISO） ，如 图 1 所示。
表1
试件的内外钢管尺寸及壁厚
编号 实心钢管
Scc1
D0 ·t0 / mm Di ·ti / mm χ
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低温建筑技术
2012 年第 12 期（ 总第 174 期）
圆中空夹层钢管混凝土抗弯承载力分析
张 栋， 刘 清， 刘 耘
（ 新疆大学建筑工程学院， 乌鲁木齐 830047）
【摘 要】 运用 ANSYS 对软件单调竖向荷载作用下圆中空夹层钢管混凝土梁进行受弯分析，得出 9 个不同
空心率情况下构件的抗弯承载力，并与文献［4］中提出的抗弯承载力理论计算公式的计算结果进行对比。分析结
ZHANG Dong， LIU Qing， LIU Yun （ Institute of Architectural Engi. ，Xinjiang Univ. ，Urimqi 830047，China）
Abstract： By using the universal finite element software ANSYS on monotone vertical loads of concrete filled double-skin steel tubular beam in bending analysis，drawn in 9 different hollow ratios the bending bearing capacity，and compared with the flexural bearing capacity presented in reference［4］ theoretical values. The results show that： the component with high deformation capacity and good late bearing capacity； on the hollow ratio 0. 70 bending bearing capacity is better.
果表明： 该类构件具有较高变形能力和良好的后期承载力，在空心率为 0. 70 时构件的抗弯承载力较高。
【关键词】 单调竖向荷载； 空心率； 后期承载力
【中图分类号】 TU528. 57
【文献标识码】 B
【文章编号】 1001 － 6864（ 2012） 12 － 0034 － 03
THE FINITE ELEMENT ANALYSIS OF CONCRETE － FILLED DOUBLE SKIN STEEL TUBULAR FLEXURAL BEARING CAPACITY