基于abaqus的柱轴压比分析比较
基于ABAQUS的钢管轴心受压非线性屈曲分析
一.问题描述在钢结构中,受压杆件一般在其达到极限承载力前就会丧失稳定性,所以失稳是钢结构最为突出的问题。
压杆整体失稳形式可以是弯曲、扭转和弯扭。
钢构件在轴心压力作用下,弯曲失稳是常见的失稳形式。
而影响轴心受压构件整体稳定性的主要因素为纵向残余应力、初始弯曲、荷载初偏心及端部约束条件等。
实际的轴心受压构件往往会存在上述的一种或多种缺陷,导致构件的稳定承载力降低。
本文主要针对任意轴对称的圆形钢管截面,利用ABAQUS有限元非线性分析软件,对其在轴心受压情况下进行特征值屈曲分析和静态及动态的非线性屈曲分析(考虑材料弹塑性和初始缺陷的影响)。
通过考虑材料非线性、几何非线性并引入初弯曲,得出构件发生弯曲失稳的极限荷载,并且由弯曲失稳的临界荷载得出的构件荷载位移曲线。
同时再进行非线性分析时,需要施加初始扰动,以帮助非线性分析时失稳,可以通过特征值屈曲分析得到的初始弯曲模态来定义初始缺陷;最后由可以将特征值屈曲分析得到的临界荷载作为非线性屈曲分析时所施加荷载的参考。
二.结构模型用ABAQUS中的壳单元建立轴心受压模型,采用SI国际单位制(m)。
1.构件的材料特性: E=2.0×1011N m2,μ=0.3, f y=2.35×108N m2,ρ=7800kg m3,钢管半径:60mm,厚度:3mm,长度:2.5m。
2.钢管的截面尺寸及钢管受到的约束和荷载施加的模型图如图2-1及图2-2所示。
图2-1 图2-2三.建模步骤(Buckle分析)(1)创建部件在创建part模块中命名构件的名字为gang guan,创建的模型为三维可变形壳体单元,如图3-1所示。
截面参数见图2-1,构件长度2.5m。
图3-1(2)创建材料特性及截面属性并将其赋予单元。
材料定义为弹塑性,弹性模量E=2.0×1011N m2,泊松比0.3,屈服强度2.35×108N m2,ρ=7800kg m3,材料定义如下图3-2所示。
矩形钢管混凝土柱—钢梁节点受力性能分析
矩形钢管混凝土柱—钢梁节点受力性能分析钢管混凝土结构因其优异的性能被广泛的应用在工程实际中,而节点作为结构中一个关键部位,对结构的安全和稳定发挥着重要的作用。
本文基于ABAQUS 有限元模拟的方式,对矩形钢管混凝土内隔板节点(普通节点和翼缘削弱型节点)的力学性能进行了研究,并提出节点域的抗剪承载力计算表达式。
主要工作和成果如下:(1)利用ABAQUS软件对文献试验中方钢管混凝土柱-钢梁节点进行了有限元模拟,并就骨架曲线、节点破坏形态进行了模拟数据与试验结果对比,吻合较好。
应用验证的建模方法建立内隔板普通节点,分析了节点抗剪受力过程和荷载作用下节点应力变化规律。
(2)分别对内隔板普通节点和翼缘削弱型节点(RBS节点)在单调和循环荷载下的力学性能进行了比较分析,结果表明:RBS节点的抗剪承载力较内隔板普通节点下降明显,耗能能力和刚度退化影响不大,但RBS节点的延性性能更好。
研究了核心区高径比、套箍系数、材料强度和轴压比对普通节点抗剪能力的影响,同时还分析了3个削弱参数对RBS节点抗剪的影响,并对参数削弱尺寸范围给出了设计建议。
(3)建立节点域直接剪切模型,通过数值模拟与理论推导相结合的方式,在对节点各抗剪构件承载力计算的基础上,综合提出了节点最终抗剪承载力计算表达式,对比表达式计算结果与模拟结果表明本文提出的表达式较为准确的计算了节点的抗剪承载力,从而为工程应用提供了一定的设计依据。
基于ABAQUS的圆钢管活性粉末混凝土短柱受压性能分析
基于ABAQUS的圆钢管活性粉末混凝土短柱受压性能分析王一凤; 徐凤华; 徐壮壮【期刊名称】《《低温建筑技术》》【年(卷),期】2019(041)010【总页数】3页(P41-43)【关键词】活性粉末混凝土; 套箍系数; 偏心受压; ABAQUS【作者】王一凤; 徐凤华; 徐壮壮【作者单位】山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TU323.10 引言活性粉末混凝土作为一种高强混凝土,具有很好的抗压性能。
对比普通的混凝土,活性粉末混凝土的性能更为优质。
但是极易发生脆性破坏,在活性粉末混凝土中掺加钢纤维并且外套钢管可以很好地改善其力学性能。
钢管与混凝土协同工作相对于二者单独工作时的性能要提高很多。
季文玉等[1]通过试验分别分析了长细比与套箍系数对于钢管活性粉末混凝土长柱轴心受压时的承载能力与变形。
杨骏等[2]利用ABAQUS通过16个模型分析了不同长细比、套箍系数对圆钢管活性粉末混凝土长柱轴心受压承载力的影响。
姚良云等[3]利用试验建设12个模型分析了钢管RPC短柱偏心受压时的破坏现象。
戎芹等[4]利用试验设计了7根圆钢管RPC短柱,分析了套箍系数、径厚比对轴压试件荷载-应变曲线和破坏特征的影响。
对于钢管活性粉末混凝土的研究大多都围绕于不同的配合比、钢纤维含量、套箍系数对构件轴心受压承载力的影响,缺乏对于相同构件不同受力条件之间的比较。
文中运用ABAQUS对相同的钢管活性粉末混凝土柱轴心受压与偏心受压时的力学性能进行比较。
1 模型建立1.1 试件模型尺寸根据戎芹[4]等人所做的钢管钢纤维活性粉末混凝土短柱轴压试验所用试件建立短柱试件模型(m-219-8见表1中J-1;m-219-10见表1中J-4;m-219-12见表1中J-7)。
模型基本参数如表1所示。
表1 模型基本参数试件编号ξ e/mm J-1 219 8 657 450 100 0.88 0 H-2 219 8 657 450 100 0.88 30 H-3 219 8 657 450 100 0.88 60 J-4 219 10 657 430 100 1.08 0 H-5 219 10 657 430 100 1.08 30 H-6 219 10 657 430 100 1.08 60 J-7 219 12 657 375 100 1.17 0 H-8 219 12 657 375 100 1.17 30 H-9 219 12 657 375 100 1.17 60钢管外径/mm钢管厚度/mm长度/mm钢管屈服强度/MPa混凝土抗压强度/MPa1.2 钢管本构关系模型假设钢管为理想的弹塑性材料,弹性阶段应力与应变呈线性关系。
基于ABAQUS的CGMM加固钢筋混凝土柱的轴压比分析
第32卷第2期苏州科技大学学报(工程技术版)Vol.32No.2 2019年6月Journal of Suzhou University of Science and Technology(Engineering and Technology)Jun.2019基于ABAQUS的CGMM加固钢筋混凝土柱的轴压比分析徐聪1,陈建兵1,李响彳(1•苏州科技大学土木工程学院,江苏苏州215011;2.中交一公局第二工程有限公司,江苏苏州215011)摘要:为更有效提高钢筋混凝土试件的抗震加固效率,提出采用水泥基灌浆料及钢丝网(CGMM)加固试件的思路。
采用低周反复加载试验,对比分析原试件与CGMM加固试件的抗震性能。
利用有限元软件ABAQUS建立合理的有限元模型,并讨论了不同轴压比下CGMM加固试件的抗震性能。
研究结果表明:CGMM加固有效提高了试件的承载力、延性;随轴压比的增大,试件的峰值位移、极限位移不断降低;当n在0.3-0.8时,试件的峰值荷载逐渐增大,延性逐渐降低;在“=0.9时,试件峰值荷载及延性均有所降低。
关键词:水泥基灌浆料及钢丝网;抗震性能;ABAQUS;有限元分析;轴压比中图分类号:TU375.3文献标识码:A文章编号:1672-0679(2019)02-0041-05柱是桥梁和建筑结构承受竖向及水平荷载的重要构件,在自然条件侵蚀环境及复杂和偶然荷载作用下,构件不可避免地会发生性能劣化;或随着建筑抗震等级的提高,构件不再满足现有设计规范要求,而将这些受力性能不足的结构构件拆除重建则超过了社会的承受能力,因此,针对部分结构局部性能降低的现象,可采用局部补强的方法进行加固叫水泥基灌浆料及钢丝网(Cement-based Grouting Material with Steel Wire Mesh,CGMM)加固是以钢丝网为增强材料,以高性能水泥基灌浆料为基相组成的薄层加固材料实施对钢筋混凝土结构或构件加固的一种十分有效的方法。
基于ABAQUS的HSCC柱轴心受压有限元分析
0 引言 高强自密实混凝土 (High strength self compacting
concrete,简 称“HSCC”)是 一 种 高 性 能 混 凝 土 ,同 时 具 有高强混凝土强度高、不易变形与自密实混凝土工作 性能良好的优点,能满足复杂形状、配筋密集、不易振 捣以及寒区、水下等特殊施工条件下对混凝土的苛刻 要求[ 1-3 ]。
【摘 要】为研究高强自密实混凝土柱在轴心荷载作用下的受力性能及破坏特征,对已完 ABAQUS 有限元模拟分析,基于通用分析模块 Standard,创建三组分析模型,经后处理得到高强自密实混凝土轴心受压
柱的承载力、应力云图及荷载位移曲线。结果表明,有限元分析所得极限承载力模拟值与试验实测值吻合度较高,有限元模拟
DOI院10.13905/j. cnki. dwjz. 2019. 05. 027
基于 ABAQUS 的 HSCC 柱轴心受压有限元分析
FINITE ELEMENT ANALYSIS OF HSCC COLUMN UNDER AXIAL COMPRESSION BASED ON ABAQUS
王钧, 郭冬伟 (东北林业大学,哈尔滨 150040) WANG Jun,GUO Dongwei (School of Civil Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)
用 HSCC 代替普通混凝土制作的柱构件,能够在 大幅提高结构承载力的同时减少柱的截面尺寸。采用 最基本的试验方法,对 HSCC 柱的轴心受压性能进行 研究所得结果真实可靠。但是由于试验研究周期长, 耗费大量的人力物力,导致研究成本大幅度提高,而 利用有限元分析软件 ABAQUS 进行模拟分析,能够很 好的解决这些弊端,同时 ABAQUS 软件具备分析结果 精度高、成本低的优势[ 4,5 ],能出色的解决非线性分析 问题。
钢骨混凝土 T 形柱基于 ABAQUS 的力学性能分析
钢骨混凝土 T 形柱基于 ABAQUS 的力学性能分析王晓东【摘要】利用有限单元法模拟了型钢混凝土 T 形截面异形柱的整个受力和变形过程。
由于异形柱存在偏心受压失稳的情况,为了探讨轴压比与型钢位置对 SRCT 形截面异形柱延性与承载力的影响,可利用有限元分析软件 ABAQUS 对 T 形截面型钢混凝土(SRC)柱的受力性能进行了数值分析,通过混凝土损伤塑性模型考虑混凝土塑性发展。
首先利用已有的实验数据通过数值模拟验证模型的有效性,再建立具有不同轴压比和不同型钢位置的三组模型,分析了轴压比与型钢位置对构件力学性能的影响,为工程应用提供参考依据。
%Finite element analysis used to be a supplementary means to investigate mechanical behavior with the development of the theory and application in the engineeringproject.ABAQUS software are conducted to analyze T-section steel reinforced concrete(SRC)columns.In order to test the verifica-tion of the analytical model,finite element modals of test specimens are established to simulate the test process.By comparing the analytical results with experimental ones,it is turn out that the results from finite element analysis coincide well with the experimental test.Therefore ABAQUS software could be used as a supplementary tools to simulate SRC column mechanical behavior.Further the duc-tility and ultimate capacity of T-section SRC columns are research with the changes of place of steel and the axial compressive ratio.【期刊名称】《合肥学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(026)001【总页数】6页(P120-125)【关键词】型钢混凝土异形柱;有限元模拟;轴压比;混凝土损伤塑性模型;本构关系【作者】王晓东【作者单位】安徽建筑大学土木工程学院,合肥 230022【正文语种】中文【中图分类】TU377随着建筑物高度与跨度的不断增大与建筑美观的要求,越来越多的柱子采用了异形柱结构。
基于ABAQUS对不同截面中空夹层钢管混凝土柱的数值模拟
型减缩积分实体单元 C3D8R,钢管采用
S4R,钢管与混凝土共用节点同步变形,
不考虑粘结滑移。这种设定方法可以一
定程度上简化计算,且能够满足计算精
度。
采用建立参考点并与加载面耦合的
方式进行加载加载方向选为 & 向。复合
柱底部边界条件设置为完全固定,约束
模型 ' 方向平动和绕 & 轴,( 轴转动。
最终计算模型形式如图 3所示。
本模型中混凝土的本构模型采用的 是 ABAQUS中 提 供 的 塑 性 损 伤 模 型 (Damagedplasticity)。塑性损伤模型可 以模拟混凝土材料的拉裂和压碎等力学 现象,适用于模拟构件在循环加载条件 下混凝土材料的本构关系。混凝土弹性
模量 #%=4730 !% ,泊松比 %=0.2,单轴
混凝土单轴受拉受压应力 -应变曲
线方程表达式为:
当 &1时
"=1.2&-0.2&6
(5)
当 &1时
"=(- &*&).& &' -
(6) (7)
。
安徽建筑
!
"
(8)
式中 " 为单轴受拉应力 -应变曲
线下降段参数值[8],"=0.312# 2"$%," 为混凝
在两种钢管混凝土构件中,实心钢 管混凝土柱构件多用于承压的短柱。但 如果实际工程中,要求构件长细比较大, 那么影响其承载力的主要因素是构件的 抗弯强度而非抗压强度,处于截面形心 部位的混凝土往往不能发挥其强度,那 么中空夹层钢管混凝土柱构件显得更有 优势,截面中心部位不浇筑混凝土,在横 截面积相同的情况下,不仅降低了构件 自重,而且可以提高构件的抗弯刚度,延 性和抗震性能均有提升。
高强钢筋混凝土柱抗震性能数值模拟
安徽建筑中图分类号:TU502+.6文献标识码:A文章编号:1007-7359(2022)05-0047-03DOI:10.16330/ki.1007-7359.2022.05.0201引言目前,国内建筑行业常用的钢筋仍为HRB335和HRB400,但400MPa 和500MPa 钢筋已在发达国家广泛使用。
国内学者对600MPa 及以上强度的高强度钢筋的性能进行了各种研究[1-5],取得了一些成果。
李义柱[6]研究了600MPa 高强钢筋混凝土柱的力学性能,结果表明,600MPa 高强钢筋能显著提高偏心受压柱的承载力和峰值后变形能力,但混凝土受压区的相对高度不应小于3.5as 。
张建伟等[7]通过9根HRB600钢筋高强混凝土柱的单调偏心受压试验,得出其偏心受压仍适用“配合比规定”的承载力计算结论,但建议HRB600钢筋高强混凝土压弯构件设计中钢筋抗拉强度设计值为520MPa ,抗压强度设计值不超过500MPa 。
戎贤等[8]通过9根配置HRB600E 钢筋混凝土柱偏心受压试验得出结论,高强钢筋在柱内具有更好的性能,强度可以得到充分利用。
但是,建议抗拉强度设计为520MPa ,抗压强度设计值为435MPa ,钢的抗拉强度和阻力不同设计值抗压强度的变化会给设计计算带来不便。
虽然强度为600MPa 及以上的高强度钢筋未包含在《混凝土结构设计规范》[12](GB 50010-2010)中,但有相关的地方标准[9-10]和企业标准[11],并且已实施了相对大量的工程应用。
为了缩小我国钢种与发达国家的差距,我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)将500Mpa 钢筋纳入主受力钢筋范围,并积极引导建筑行业采用高强度钢筋。
对比分析了低周反复荷载作用下,不同参数高强钢筋混凝土柱的数值模拟结果。
研究不同参数条件下高强钢筋混凝土柱的破坏模式、承载力、刚度退化、延性和耗能能力,并将模拟结果与普通钢筋混凝土柱进行比较,为了降低我国建筑用钢的水平,与发达国家的差距,为促进高强度钢筋在我国建筑业中的应用提供了基础。
基于ABAQUS的钢管混凝土柱有限元分析_王阳杰
■建筑结构福建建设科技2014.No.537基于ABAQUS的钢管混凝土柱有限元分析王阳杰(华侨大学土木工程学院福建泉州362021)[摘要]ABAQUS作为一款大型有限元分析软件,其在工程结构研究领域得到了大量的应用。
本文基于混凝土损伤塑形模型,采用该软件对两钢管混凝土轴压柱进行有限元模拟,讨论了钢管混凝土柱的三维非线性分析的建模方法和模型参数取值。
研究了钢管混凝土柱的破坏特征、应力和应变特点等,并与试验结果对比,验证有限元模拟结果的可靠度。
[关键词]ABAQUS;混凝土损伤塑性模型;薄壁钢管;混凝土柱;非线性分析The finite element analysis of concrete-filled thin-walled steel tube columns based on ABAQUSAbstract:As a large-scale finite element analysis software,ABAQUS is widely applied in the field of engineering structural research. Based on plastic model of concrete damage in ABAQUS,the modeling method and parameter about3-D nonlinear analysis of reinforced concrete column were discussed.Concrete-filled thin-walled steel tube column was simulated by the model.Through establishing rea-sonable numerical model the concrete-filled thin-walled steel column were analyzed,including the failure mode and the stress/strain characteristics.Key words:ABAQUS;plastic model of concrete damage;thin-walled steel tube;concrete column;nonlinear analysis1引言随着工业的发展和计算机仿真模拟技术的不断提高,CAE技术的应用和研究越来越被关注和重视。
型钢混凝土结构梁柱节点压弯性能分析
建筑技术·应用2021年11月第18卷总第410期型钢混凝土结构梁柱节点压弯性能分析滕照坤(中铁十四局集团第五工程有限公司,山东济宁 272117)摘要:随着我国社会经济的持续高速发展,型钢混凝土组合结构在结构工程领域应用日趋广泛。
型钢混凝土结构的内部型钢与外包钢筋混凝土形成整体,共同受力,其受力性能优于这两种结构的简单叠加。
型钢混凝土结构中的型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁节点构造复杂,受力复杂。
节点的承载力往往影响到整个框架的稳定性,研究不同轴压比下的型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁节点抗弯性能变得尤为重要。
本研究通过在ABAQUS中建立节点模型,对节点在不同轴压比下的抗弯性能进行比对分析,同时对不同梁端约束条件下的节点抗弯性能进行了比对分析。
关键词:型钢混凝土组合结构;梁柱节点;轴压比;有限元[中图分类号]TU312 [文献标识码]A DOI:10.19892/ki.csjz.2021.33.54Analysis on Bending Performance of the Joints of Section Steel Concrete StructureBeam and ColumnTeng Zhaokun(The Fifth Project of China Railway Bureau 14th Group Co., Ltd., Jining Shandong 272117, China)Abstract: With the continuous and rapid development of China’s social economy, section steel concrete composite structure is widely used in the field of structural engineering. The internal section steel and external reinforced concrete of steel reinforced concrete structure form a whole and joint stress, and its stress performance is better than the simple superposition of the two structures. Section steel reinforced concrete column and reinforced concrete beam joints in steel reinforced concrete structure are complex in structure and stress. The bearing capacity of the joints often affects the stability of the whole frame, so it is particularly important to study the flexural behavior of the joints of SRC columns and RC beams under different axial compression ratios. In the study, through the establishment of joint model in ABAQUS, the bending performance of joints under different axial compression ratio is compared and analyzed, and the bending performance of joints under different constraint conditions is compared and analyzed.Key words: section steel concrete composite structure; beam column joint; axial compression ratio; finite element随着结构科学与工程建设技术的不断发展,型钢混凝土组合结构在结构工程领域应用日趋广泛,并成为新型结构体系发展的主要方向。
基于ABAQUS的型钢超高强混凝土短柱抗震延性的研究
g o o d a g r e e me n t ,w h i c h p r o v e s t h a t he t p r o p o s e d i f n i t e e l e m e n t mo d e l i s s u i t a b l e f o r s e c t i o n s t e e l u l t r a — h i g h — s t r e n th g c o n -
p o r g r a m A B A Q U S i s u s e d t o s i m u l a t e t h e s k e l e t o n c u r v e s o f t h r e e s e c t i o n s t e e l u l t r a - - h i g h ・ - s t r e n g t h c o n c r e t e s h o r t ・ - c o l u m n s
C o n c r e t e S h o r t C o l u mn s B a s e d o n AB AQU S
G E R0 n g — b i n,J T A J i n - q i n g ,Z HU We i - q i n g
( S t a t e K e y l a b o r a t o r y o fC o a s t a l a n d O f f s h o r e E n g i n e e r i n g ,D a l i a n U n i v e r s i t y fT o e c h n o l o g y ,D a ! i a n ,L i a o n i g n 1 1 5 0 2 4 ,C h i n a )
第 2 0 1 1 卷篓4 3 年8 翅 月
基于ABAQUS现浇梁柱节点抗震性能有限元模拟分析研究
基于 ABAQUS 现浇梁柱节点抗震性能有限元模拟分析研究发布时间:2022-09-18T02:52:51.799Z 来源:《中国建设信息化》2022年第10期作者:杨振桥[导读] 通过震后研究结果表明:在地震作用下,框架结构整体倒塌主要原因由于梁柱节点破坏从而会导致建筑框架整体发生倒塌杨振桥上海市浦东新区建设(集团)有限公司上海 200120摘要:通过震后研究结果表明:在地震作用下,框架结构整体倒塌主要原因由于梁柱节点破坏从而会导致建筑框架整体发生倒塌,因此,研究节点在地震力作用下的受力特点至关重要的。
本文基于现有的工程项目,选取梁和柱为反弯点的部分为研究单元,通过 ABAQUS 建立有限元模型,以轴压比为变量,研究本工程项目所取的框架结构中梁柱节点的滞回变形曲线、骨架曲线、延性、强度、刚度退化以及耗能能力等相关抗震性能指标。
关键词:框架结构;梁柱节点;轴压比;ABAQUS;抗震性能0 引言现浇钢筋混凝上框架结构由于整体性好,抗震能力强,因此被应用范围广[ 1]。
梁柱节点是钢筋混凝土框架结构中的重要组成部分,梁柱节点施工相对较为困难且工程质量一般很难得到较有效的安全工程保证,同时由于节点处受力相对较为复杂,因此,在地震力的作用下,框架结构受力破坏也大多发生于该梁柱节点区域,从而导致整体结构发生倒塌现象[2] 。
因此,研究现浇梁柱节点的受力及破坏形态至关重要的,同时也为梁柱节点的优化提供参考。
本文基于正在施工的工程项目,该项目单体 18-20 层不等,其中柱子截面为 500×500mm ,梁截面以 300×500 为代表性,综合考虑取框架梁柱中节点反弯点处,柱子高度取值为 3600m ,梁的跨度为 4000mm 。
其中柱子纵筋采用 4C25 , 8C22 ,箍筋间距 C10@ 150/ 100 ,梁纵筋采用 8C18 箍筋间距 C10@ 150/ 100 ,节点域 C10@50。
轴压比对节点受力性能影响的有限元分析
轴压比对节点受力性能影响的有限元分析摘要:本文运用ABAQUS有限元程序对钢筋混凝土框架梁柱节点进行模拟分析。
模型中钢筋采用理想弹塑性模型,混凝土采用损伤塑性模型。
文中通过对不同轴压比的节点进行模拟分析,讨论了轴压比对节点受力性能的影响。
关键词:梁柱节点、理想弹塑性、损伤塑性、轴压比、受力性能。
1、钢筋混凝土材料的本构模型简介1.1钢筋的本构模型钢筋采用理想图塑性模型,如图1-1所示1.2 混凝土的本构模型1.2.1 单轴拉伸和压缩荷载作用该模型为连续、基于塑性,损伤的混凝土模型。
对于混凝土,它假定两个主要失效机制即拉伸开裂破坏和压缩破碎破坏。
屈服(或破坏)面有两个硬化变量(hardeningvariable)表示:拉伸等效塑性应变和压缩等效塑性应变。
该模型假定混凝土的单轴拉伸和压缩性状由损伤塑性描述,如下图所示1.2.2单轴循环荷载作用周期荷载作用下,损伤力学性状很复杂,这涉及先期形成的张开和闭合,以及它们的相互作用。
试验表明,在单轴循环荷载作用下,荷载改变方向后,弹性刚度将得到部分恢复。
当荷载由拉伸变为压缩时,这种效应更加明显。
损伤塑性模型假定损伤后弹性模量可表示为无损弹性模量与损伤因子d的关系式即式中,为材料初始(无损)模量。
该方程包含循环内拉伸()和压缩()两种情况。
损伤因子d为应力状态和单轴损伤变量和的函数。
在单轴循环荷载状态下,ABAQUS假定式中,和为与应力反向相关的刚度恢复下的应力状态的函数,它们可以由下列方程进行定义:权重因子和假定为材料参数,其控制着反向和子啊拉伸和压缩刚度的恢复。
下图给出了荷载从拉伸到压缩过程中权重变化的情况。
当拉伸时,,=1,因此,当压缩时,,=0,因此,。
如果=1则。
因此材料完全恢复压缩刚度(这种情况下,等于初始无损刚度,及)。
另一方面,如果=0,则有,这时刚度没有恢复。
取中间值意味着刚度部分恢复。
2、分析模型参数表:如下表2-1表2-1 模型尺寸及配筋3、ABAQUS有限元分析结果3.1 不同轴压比节点的压缩损伤云图:轴压比在0.05~0.6之间,节点核心区的压缩损伤随着轴压比的增大而减小,轴压比在0.6~0.9之间,节点核心区的压缩损伤随着轴压比的增大而增大。
基于ABAQUS的超高性能混凝土柱抗震性能模拟
基于ABAQUS的超高性能混凝土柱抗震性能模拟顾佳培邓宗才摘要:为了探究新型水泥基复合材料-超高性能混凝土(Ultra high performance concrete)的抗震性能,结合3根低周反复荷载作用下UHPC柱的试验,利用有限元软件ABAQUS对UHPC柱进行了有限元建模。
模拟所得滞回曲线和试验结果符合较好,证明了本文所建立的有限元模型的正确性,为UHPC柱抗震性能的数值研究提供参考。
关键词:超高性能混凝土柱;抗震性能;低周反复荷载;有限元分析超高性能混凝土(Ultra high performance concrete)具有超高强度、高韧性和高耐久性的优点,将其应用于建筑结构中可以有效提高结构的抗震性能,在建筑物日趋向大跨度、超高层以及深海发展的时期,UHPC优异的性能使其成为了一种具有很大发展前景的材料。
本文基于3根UHPC柱的低周反复荷载试验,利用有限元软件ABAQUS建立了UHPC柱的模型,介绍了建模的具体过程和参数取值,并将有限元分析结果和试验结果进行了对比,得出两者的吻合性较好。
1.试验介绍试验UHPC柱均为方形,柱截面尺寸为250mm×250mm,柱高分为375mm、500mm和1000mm三种,共3个试件。
混凝土抗压强度为120MPa,采用对称配筋,纵筋直径为16mm,箍筋直径为10mm。
具体配筋见图1。
试验轴压比为0.2。
UHPC柱参数见表1。
试验采用力-位移加载方式,试件屈服前采用力控制,分别加载预估屈服荷载的25%、50%、75%、100%,每级荷载循环一次;试件屈服之后采用位移控制,每级位移分别为Δy、2Δy、3Δy……,Δy为试件屈服位移,每级位移下循环2次。
当加载承载力下降到最大荷载值的85%时,试验结束。
2.有限元建模UHPC采用ABAQUS中的损伤塑性模型,参数取值参考李吴煜[1]研究结果,膨胀角取为38°,偏心率取0.1,双轴受压极限强度/单轴受压极限强度的比值取1.14,不变应力比取0.6667,粘性系数取0.005。
不同轴压比下活性粉末混凝土框架梁柱节点抗震性能
不同轴压比下活性粉末混凝土框架梁柱节点抗震性能单明【摘要】运用有限元软件ABAQUS对3个平面RPC梁柱节点及2个空间RPC 梁柱节点进行分析,研究柱端轴压比对RPC梁柱节点的滞回特性、延性、耗能能力及受剪承载力等抗震性能的影响规律.研究表明,在0.3~0.5设计轴压比范围内,构件受剪承载力随设计轴压比增加而增加,节点延性随设计轴压比的增加而下降.与平面节点相比,空间RPC框架梁柱节点的延性和耗能能力均有显著下降,承载能力变化不大.【期刊名称】《东北电力大学学报》【年(卷),期】2019(039)002【总页数】5页(P74-78)【关键词】活性粉末混凝土;梁柱空间节点;抗震性能;轴压比【作者】单明【作者单位】国网江苏省电力公司南京供电公司,江苏南京 210019【正文语种】中文【中图分类】TU528.31;TU528.572梁柱节点是框架结构的传力关键位置,国内外规范对钢筋混凝土框架梁柱节点核心区箍筋的配置均有最小配箍率的要求,且配箍率通常较高[1~3].加之梁纵筋及柱纵筋在节点处的黏结锚固,导致钢筋混凝土梁柱节点核心区钢筋较为拥挤,不易施工,也容易引起混凝土浇筑不密实而导致节点抗震性能及承载力不足.已有研究表明,采用具有一定韧性的纤维混凝土代替脆性明显的普通混凝土能够较大程度上降低节点核心区箍筋的用量[4~6].活性粉末混凝土是一种新型超高性能水泥基复合材料,也被称为超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC).与普通混凝土相比,活性粉末混凝土具有更高的强度、韧性、耐久性等[7].因此,采用活性粉末混凝土代替普通混凝土应用于钢筋混凝土框架节点,应该能够较好的改善其抗震性能,且提高结构的耐久性.过去的20年间,许多研究者以及工程技术人员从材料制备及性能[8~11]、构件静、动力性能及承载力[12~14]、工程应用等方面开展了广泛地研究.研究结果表明,活性粉末混凝土结构构件在反复荷载作用下的抗震性能与普通混凝土构件存在一定差异,其受力变形、承载性能均有其自身的特点[15~17].目前,国内外学者已经陆续开展了一些的关于对活性粉末混凝土平面框架梁柱节点的抗震性能的实验研究和有限元分析[18~20],而对于活性粉末混凝土这种新型材料的空间框架节点研究还未见报道.对于三维框架结构来说,梁柱节点的四周有相互垂直的梁,在地震荷载下,空间梁柱节点核心受到柱及两个主轴方向的梁传来的荷载,使节点核心区域的受力更加复杂.本文分别进行不同轴压比下平面RPC框架梁柱节点和空间节点抗震性能分析,探讨了空间RPC梁柱节点的抗震性能,并与平面RPC梁柱节点进行对比.1 活性粉末混凝土框架梁柱节点设计考虑不同的轴压比,本文共设计3个平面和2个空间RPC框架梁柱节点.平面RPC梁柱试件梁长均为900 mm,梁截面尺寸为250 mm×150 mm;柱高均为650 mm,柱截面尺寸为200 mm×200 mm.梁内受拉纵筋采用3C14,柱纵筋采用8C14,节点核心区配置了5排A6复合箍,试件尺寸及配筋如图1所示.3个平面节点编号分别为J-1、J-2和J-3,对应的设计轴压比分别为0.3、0.4和0.5.空间梁柱节点相邻两个梁的夹角为90度,两个方向梁的截面尺寸与配筋相同,均与平面RPC梁柱节点相同.2个空间节点编号分别为KJ-1和KJ-2,对应的设计轴压比分别为0.3和0.5.图1 节点尺寸及配筋2 活性粉末混凝土框架梁柱节点有限元模型的建立2.1 材料本构关系选择ABAQUS中的Concentrate Damaged Plasticity(损伤塑性模型)来模拟活性粉末混凝土的受力变化规律,混凝土的塑性应力-应变参数按照鞠彦忠[21]和杨志慧[22]建立的RPC单轴受压及受拉应力-应变全曲线的实验结果确定.鞠彦忠[21]通过试验研究了活性粉末混凝土的受压应力-应变关系,基于试验结果建立了钢纤维体积含量在1.0%~1.3%之间的活性粉末混凝土单轴受压应力-应变全曲线方程.公式中:y=σ/σ0,x=ε/ε0.σ0为活性粉末混凝土受压应力-应变全曲线对应的峰值应力;ε0为活性粉末混凝土应力-应变全曲线对应的峰值应变.杨志慧[22]进行了RPC200的轴心抗拉强度实验,通过实验获得活性粉末混凝土的应力-应变全曲线,采用在峰值点连续的两个方程分别描述曲线的上升端和下降段,全曲线方程为公式中:y=σ/σ0,x=ε/ε0.σ0为活性粉末混凝土受拉应力-应变全曲线对应的峰值应力;ε0为活性粉末混凝土应力-应变全曲线对应的峰值应变.当钢纤维掺量为1%时,A=1.08,α=8;当钢纤维掺量为2%时,A=1.06,α=5.活性粉末混凝土材料峰值应力及应变,如表1所示.表1 活性粉末混凝土材料参数弹性模量(MPa)泊松比峰值压应力(MPa)峰值压应变峰值拉应力(MPa)峰值拉应变420500.251380.003813.460.0003本文钢筋的本构模型采用双斜线模型,钢筋力学参数按照文献[23]中实测钢筋力学指标确定.2.2 模型建立混凝土单元选择三维实体八节点线性减缩积分单元 C3D8R,钢筋选用两节点线性三维桁架单元T3D2.为保证计算精度和合理的计算时间,试算后取梁的网格尺寸为62.5 mm×75 mm,柱子网格尺寸为50 mm×50 mm,钢筋骨架模型则不需要再进行分割,整体划分网格即可,钢筋网格划分尺寸为60 mm.在梁柱节点柱顶端截面上方100 mm处和柱底截面下方100 mm处分别建立两个参考点,将这两个参考点分别与柱的顶面和底面耦合在一起,柱顶和柱底的边界条件都施加在参考点上,同样在梁端的截面100 mm处建立参考点,并与梁端截面耦合.通过这种方式,可以避免直接把荷载加到构件的某一点上,有利于计算收敛和结果的准确性[24].本文柱顶和柱底设为铰支座,梁端设为自由端.在柱顶和柱底的参考点上创建位移边界条件,柱顶不限制柱轴线方向的位移和绕垂直于梁柱轴线平面的轴的转动,柱底不限制绕垂直于梁柱轴线平面的轴的转动.在柱顶参考点上施加柱顶轴向荷载,在梁的两端需要施加竖向反复位移荷载,左右梁反对称加载,采用分级施加的方式,每级循环一次,在加载初期10 mm以内,每级荷载安装2.5 mm递增,10 mm以后,每级荷载按照5 mm递增.3 活性粉末混凝土框架梁柱节点抗震性能3.1 滞回性能5个试件的荷载位移滞回曲线,如图2所示.由图2可知,加载初期,随梁端位移荷载增加,构件的承载能力增加,在达到最大承载力之前,轴压比对构件的强度变化没有明显影响.当梁端荷载达到峰值荷载以后,构件的承载能力开始下降,随着设计轴压比的增加,构件的承载力下降更为显著,如构件JK-2承载力下降比JK-1更显著,并且前者的滞回环的面积减小的速率明显比后者的快.轴压比增大,使构件的滞回耗能能力变差.空间梁柱节点受力性能变化的趋势与平面梁柱节点基本一致.与平面RPC梁柱节点J-1和J-3的滞回曲线对比,空间梁柱节点的滞回环面积较小,说明空间梁端双向加载使构件的延性和耗能能力有所降低.图2 滞回曲线3.2 骨架曲线构件骨架曲线对比图,如图3所示.由图3 (a)构件JK-1、JK-2的骨架曲线对比图可知,在加载初期,轴压比增加构件屈服位移降低,屈服荷载增加,轴压比增加使构件的最大承载力变增大,当梁端荷载达到峰值以后,轴压比增加使构件骨架曲线下降趋于陡峭,构件荷载退化加快,延性和耗能能力变差.图3 骨架曲线对比由图3 (a)和图3 (b)可知,在加载初期,构件处于弹性阶段时,空间节点与平面节点的荷载-位移骨架曲线基本重合,此时空间节点梁端的双向加载对节点的受力性能的变化的影响很小,随荷载进一步增加,当骨架曲线达到峰值以后,构件的承载能力开始下降,JK-1和JK-2的骨架曲线下降段比平面节点J-1和J-3更加陡峭,强度和刚度退化更快,空间双向加载下,节点核心同时受到两个方向的梁传来的力的作用,比平面节点受力复杂,变形能力变差,承载能力降低较快.3.3 空间RPC梁柱节点与平面RPC梁柱节点抗震性能对比空间RPC梁柱节点JK-1、JK-2与平面RPC梁柱节点J-1、J-3的延性系数和粘滞阻尼系数的对比,如表2所示.通过对比可以发现两者的极限承载力相差不多,空间节点的正交梁对节点核心的约束作用,有利于维持节点的承载能力,但是空间节点的极限位移有明显降低,空间节点的延性较差,延性系数降低达10%左右.构件JK-1、JK-2的滞回曲线明显没有J-1、J-2的饱满,滞回环面积减小说明吸收和耗散地震能的能力变差,因此空间节点的粘滞阻尼系数也有显著的下降.表2 节点构件位移延性系数和粘滞阻尼系数节点编号Δy(mm)Py( kN)Δu(mm)Pu(kN)μheJ-110.3397.4459.37108.055.759.457%0.4937%JK-110.57102.6655.03110.625.210.451J-210.01104.454.02117.085.410.496%0.4738.4%JK-210.46110.3650.14117.314.890.4364 结论本文建立了两个空间活性粉末混凝土梁柱节点模型,进行梁端双向反复加载,得到了其滞回曲线和骨架曲线,轴压比增加使空间节点的极限承载力有所增加,而延性下降.通过两者骨架曲线的对比,发现空间节点的骨架曲线下降段更加陡峭,达到构件的最大承载力以后,强度和刚度的退化更快;与平面节点相比,空间节点延性系数和粘滞阻尼系数分别下降10%和8%左右,说明空间节点的变形能力和滞回耗能能力较差.参考文献【相关文献】[1] GB 50011-2010.建筑抗震设计规范[M].北京:中国建筑工业出版社.2010.[2] ACI 318-14.Building code requirements for structural concrete andcommentary[S].Farmington Hills:American Concrete Institute,2014.[3] NZS 3101-2006.Design of concrete structures[S].Wellington:Concrete Structures Standards,Wellington,2006.[4] N.Ganesan,P.V.Indira,M.V.Sabeena.Behaviour of hybrid fibre reinforced concrete beam-column joints under reverse cyclic loads[J].Mater Design,2014,54:686-693. 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[20] 鞠彦忠,李春雨,王德弘.活性粉末混凝土(RPC)梁柱节点抗震性能非线性有限元分析[J].应用基础与工程科学学报,2015,23(5):932-941.[21] 鞠彦忠,王德弘,康孟新.不同钢纤维掺量活性粉末混凝土力学性能的试验研究[J].应用基础与工程科学学报,2013,21(2):299-306.[22] 杨志慧.不同钢纤维掺量活性粉末混凝土的抗拉力学特性研究[D].北京:北京交通大学,2006.[23] 鞠彦忠,王德弘,白俊峰.活性粉末混凝土柱抗震性能试验[J].哈尔滨工业大学学报,2013,45(8):111-6.[24] 黄明兰.活性粉末混凝土配筋柱滞回性能数值模拟[D].北京:北京交通大学,2011.。
型钢再生混凝土柱基于ABAQUS的数值模拟
2 0 1 3血
型 钢 再 生琨 凝 土 桎 基 于 AB AQUS的 数 值 模拟
王 帅 , 薛建阳 ’ ( 1 . 西安建筑科技 大学, 陕西 西安 7 1 0 0 5 5 ; 2 . 洛 阳理工学院 , 河南 洛 阳 4 7 1 0 2 3 ) 摘 要 利 用有限元分析软件 A B A QUS对型钢再 生混凝土( s RRA c) 柱的受力性能进行 了非线性数值分析 。 建立
所采用 的 S a e n z 模 型应力 一应变曲线如图 5所示 。
是发展绿色节能建筑 的主要措施之一 。 型钢再生混凝 土( s R R A c 1 组合结构是在再生混凝土 中主
要配置核心型钢 , 同时在混凝土构件 中还配有一定 的构造钢
筋和受力钢筋的一种新型结构形式 , 兼有型钢混凝土( s R c ) 组 合结构和再生混凝土结构的优点 。为了准确 、 全面地 了解型 在A B A Q U S中,混凝土和型钢 p a r t 用 S o l i d单元 创建 , 如图 3 、 4 所示 ; 纵筋 和箍筋 p a r t 用 Wi r e 单元创建 , 并根据设
的截 面 面积 , 增大使用面积。 因此 , 在 混凝 土 ( R C ) 柱 中加 设 核
生 骨料 混凝 土 的 2 8 d抗 压 强度 约低 1 5 % ,弹性 模 量约 低 2 5 %。 这里 , 取再生混凝土设计强度等 同于 C 4 0混凝土。 纵筋 保护层厚度取 3 0 a r m, 型钢保护层厚度为 5 0 m m。构件截面 图
! l 1 1 4
心 型钢 ,是 R C结构 承重柱提高抗震性 能的主要组合结构形 式 之一 , 在改善房 间功 能 , 降低造价 和减少能耗方 面也 都非
不同轴压比RCS梁柱组合件抗震性能分析
第51卷第8期2020年8月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University(Science and Technology)V ol.51No.8Aug.2020不同轴压比RCS梁柱组合件抗震性能分析白巨巨,李升才(华侨大学土木工程学院,福建厦门,361021)摘要:提出了一种新型钢筋混凝土柱−钢梁(RCS)组合件的节点构造形式,并研究其抗震性能。
对6个1/2比例的柱贯通型RCS组合件进行了拟静力试验,并使用ABAQUS软件进行有限元数值模拟和拓展参数分析,研究了轴压比对组合件的承载力、滞回性能、延性、刚度退化及耗能能力等抗震性能参数的影响规律。
研究结果表明:钢板箍可有效约束节点处核心混凝土;组合件达到极限状态时,破坏模式主要分为梁铰破坏和构造破坏,梁铰破坏的组合件的抗震性能优于构造破坏组合件的抗震性能;RCS梁柱组合件的有限元模拟结果与试验结果较符合;轴压比对组合件抗震性能有较大影响,随着轴压比提高,组合件的滞回曲线变得饱满,耗能能力变强,但延性降低,承载力衰减速率加快。
在一定范围内,提高轴压比有利于增大RCS 组合件水平承载力,但在高轴压比下,其水平承载力略有降低。
组合件破坏形态与特征符合抗震设计原则;工程应用中应对焊缝质量提出严格要求,避免组合件出现构造破坏;按“强柱弱梁、强节点弱构件”原则设计的RCS组合件具有良好的抗震性能。
关键词:钢板箍;RCS梁柱组合件;拟静力试验;有限元分析;抗震性能中图分类号:TU398.9;TU317.1文献标志码:A文章编号:1672-7207(2020)08-2183-14Analysis on seismic behavior of RCS beam-column assemblieswith different axial compression ratiosBAI Juju,LI Shengcai(School of Civil Engineering,Huaqiao University,Xiamen361021,China)Abstract:A new type of joint structural forms of reinforced concrete column-steel beam(RCS)assemblies was proposed and the seismic performance of the assemblies was studied.The quasi-static test and finite element numerical simulation were carried out on six half scale through-column-type RCS assemblies,and extended parameter analysis was conducted by ABAQUS software.The influence of the axial compression ratio on seismic performance indexes of the assemblies,such as the bearing capacity,hysteretic behavior,ductility,stiffness DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.08.014收稿日期:2020−04−07;修回日期:2020−06−20基金项目(Foundation item):国家自然科学基金资助项目(51578253);泉州市科技计划项目(2018C083R);2018年华侨大学研究生教育教学改革研究资助项目(18YJG55);华侨大学研究生科研创新基金资助项目(1801308601)(Project(51578253) supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(2018C083R)supported by Scientific and Technological Planning Program of Quanzhou City;Project(18YJG55)supported by Reform Study of Graduate Education and Teaching of Huaqiao University in2018;Project(180****6001)supported by Huaqiao University Graduate Research and Innovation Foundation)通信作者:李升才,博士,教授,主要从事结构抗震研究;E-mail:****************.cn第51卷中南大学学报(自然科学版)degradation and energy dissipation capacity were studied.The results show that the steel plate hoop can effectively confine the core concrete at the joint.When the assemblies reach its ultimate state,the failure mode is divided into beam plastic hinge failure and constructional failure,and the seismic performance of the assemblies with the beam plastic hinge failure are superior to that with the constructional failure.The finite element analysis results of RCS beam-column assemblies are consistent with the experimental results.The axial compression ratio has a considerable influence on seismic performance of the assemblies.With the increase of the axial compression ratio,the hysteresis curve of the specimen becomes full,the energy dissipation capacity becomes stronger,however,the ductility decreases and the bearing capacity decay rate speeds up.Within a certain range,the increase of the axial compression ratio is conducive to the increase of the horizontal bearing capacity of the RCS assemblies,but at high axial compression ratios,the horizontal bearing capacity decreases slightly.The failure modes and characteristics of the assemblies conform to the seismic design principles.In engineering applications,strict requirements should be made on welding quality to avoid constructional failure.According to principles of"strong columns and weak beams,strong joints and weak members",RCS beam-column assemblies have good seismic performance.Key words:steel plate hoop;RCS beam-column assemblies;pseudo-static test;finite element analysis;seismic performance钢筋混凝土柱−钢梁(RCS)组合框架结构具有优异的抗震性能,受到国内外学者的广泛关注,其中梁柱节点是形成结构整体的关键部件,但在地震作用下节点受力复杂,极易发生剪切脆性破坏。
基于abaqus的柱轴压比分析比较毕业设计(论文)
摘要:轴压比是影响钢筋混凝土框架结构受力性能的重要因素,本文主要研究了这种因数对框架柱的力学性能的影响。
通过用Abaqus有限元分析软件模拟低周位移加载,分析在不用轴压比条件下钢筋混凝土框架柱的耗能性能。
通过研究,本文建议在地震区钢筋混凝土框架柱的轴压比不大于0.6,这样就可以保证钢筋混凝土框架柱的极限承载力得到一定程度提高的同时,其延性不会降低太多。
关键词:钢筋混凝土框架柱;位移加载;材料非线性;耗能滞回曲线;Abaqus目录1. 前言 (1)2. 柱轴压比定义 (1)3. 有限元数值模拟实验分析 (2)3.1.试验构件描述 (2)3.2.构件材料特性 (3)3.3.试验加载过程 (3)3.4.构件各部分有限元模拟方法 (4)3.5.不同轴压比条件下钢筋混凝土柱最大变形应力云图 (4)3.6.不同轴压比条件下钢筋混凝土柱柱顶截面中点耗能滞回曲线及耗能分析 (7)4. 结论 (9)参考文献 (10)11. 前言钢筋混凝土框架柱的破坏形态分为剪切、弯曲等,其中弯曲破坏又分为大、小偏心受压破坏两种。
剪切和小偏心受压都属于脆性破坏类型,要想改善柱延性,就要从根本上改变柱破坏形态,即由脆性的剪切破坏改为延性的弯曲破坏,研究结果表明,剪跨比、轴压比、纵筋及箍筋配置等是影响破坏形态的主要因素。
因此,框架柱的设计应同时考虑以上各个参数的影响。
钢筋混凝土框架柱的轴压比限值及截面延性的关系是每一个结构设计人员在设计时都遇到过的,并伤透脑筋的一个限值问题。
为了保证柱的延性要求,规范通过限制轴压比,主要是希望柱发生延性好的大偏心受压破坏,即弯曲型破坏,从而保证柱有足够大的弹塑性极限变形能力,实现大震不倒的设计目的。
2. 柱轴压比定义柱轴压比是控制框架柱截面尺寸的一个重要指标,其定义为:考虑地震作用组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值:[]c N n f A式中:N 为考虑地震作用组合的轴压力设计值;c f 为馄凝土轴心抗压强度设计值;A 为柱全截面面积。
基于ABAQUS的热轧型钢拼合柱轴压性能研究
基于ABAQUS的热轧型钢拼合柱轴压性能研究
郭旭;郁有升;陈述刚
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2024(46)4
【摘要】为深入研究热轧型钢拼合柱的受力性能,采用ABAQUS建立了10个有限元计算模型,分析了长细比、螺栓间距对拼合柱轴压性能的影响。
结果表明拼合柱的极限承载力均略低于同截面整柱,当螺栓间距增大到80i时,拼合柱承载力下降到整柱的80%,长细比和螺栓间距对拼合柱承载力影响显著,随着长细比和螺栓间距增加拼合柱极限承载力逐渐降低。
【总页数】5页(P105-108)
【作者】郭旭;郁有升;陈述刚
【作者单位】青岛理工大学;中海发展胶东公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU392.1
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1.高强冷弯薄壁内卷边C型钢拼合轴压长柱板带加固性能研究
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表 1 柱轴压比限值
结构体系
框架结构 框-剪结构、简体结构
部分框支剪力墙
抗震等级
一
二
三
0.70
0.80
0.90
0.75
0.85
0.95
0.60
0.70
-
3. 有限元数值模拟实验分析 用 Abaqus 有限元分析软件模拟对钢筋混凝土框架柱进行低周位移加载,分析
在不同轴压比情况下其耗能滞回曲线,研究其延性的变化趋势。 3.1. 试验构件描述
4. 结论 ................................................................................................9 参考文献 ...........................................................................................10
轴 压 比
耗能滞回曲线
耗能值 (J)
0.3
7917.593
0.4
8369.075
0.5
8597.428
7
0.6
8350.131
7013.913
(第 40
0.7
步时刚
度退化
严重)
5972.470
(第 37
0.8
步时刚
度退化
严重)
-8-
5092.691
(第 35
0.9
步时刚
度退化
严重)
不同轴压比条件下的滞回曲线耗能值变化图:
耗能值/J
Hale Waihona Puke 100009000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
轴压比
4. 结论 1、钢筋混凝土框架柱,轴压比不超过 0.6 的情况下,轴压比的提高有利于结构抗 侧力能力的提高;轴压比超过 0.6 时,这种提高变得很小。 2、钢筋混凝土框架柱,当轴压比在 0.3~0.6 之间变化时,耗能滞回曲线的变化很 小,当超过 0.6 时,耗能滞回曲线包围面积有了较大的减小,因而过大的轴压比, 会降低钢筋混凝土框架柱的耗能能力。 3、建议在抗震地区其轴压比不大于 0.6,这样就可以保证钢筋混凝土框架柱的极 限承载力得到一定程度提高的同时,其位移延性不会降低太多。
摘要:轴压比是影响钢筋混凝土框架结构受力性能的重要因素,本文主要研 究了这种因数对框架柱的力学性能的影响。通过用 Abaqus 有限元分析软件模拟低 周位移加载,分析在不用轴压比条件下钢筋混凝土框架柱的耗能性能。通过研究, 本文建议在地震区钢筋混凝土框架柱的轴压比不大于 0.6,这样就可以保证钢筋混 凝土框架柱的极限承载力得到一定程度提高的同时,其延性不会降低太多。
关 键 词 :钢 筋 混 凝 土 框 架 柱 ;位 移 加 载 ;材 料 非 线 性 ;耗 能 滞 回 曲 线 ;Abaqus
目录
1. 前言 ................................................................................................1 2. 柱轴压比定义 ................................................................................1 3. 有限元数值模拟实验分析 .............................................................2
3.3. 试验加载过程 竖向:在柱顶施加不同的轴向压力,模拟不同轴压比情况。
轴压比分别为 0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9。 横向:在柱顶施加横向水平位移,位移变化如图 3 所示。
水平位移D
0.06 0.04 0.02
0 -0.02 0 -0.04 -0.06
位移加载曲线
10
20
30
40
50
60
70
加载步
图3
3
3.4. 构件各部分有限元模拟方法 纵筋及箍筋:T3D2 杆单元
混凝土:C3D8R 实体单元
钢筋本构关系:理想塑性材料本构 混凝土本构关系:abaqus 混凝土损伤塑性本构(Concrete Damaged Plasticity)
3.5. 不同轴压比条件下钢筋混凝土柱最大变形应力云图
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3.1. 试验构件描述 .........................................................................................................................2 3.2. 构件材料特性 .........................................................................................................................3 3.3. 试验加载过程 .........................................................................................................................3 3.4. 构件各部分有限元模拟方法 ...................................................................................................4 3.5. 不同轴压比条件下钢筋混凝土柱最大变形应力云图 .............................................................4 3.6. 不同轴压比条件下钢筋混凝土柱柱顶截面中点耗能滞回曲线及耗能分析 ...........................7
9
参考文献
[1] 王铁成, 卢明奇. 轴压比对方钢管混凝土框架延性影响的有限元分析[J]. 吉林大学学报 (工学版), 2005,(01) [2] 王继泽. 钢筋混凝土框架柱轴压比限值及截面延性分析[J]. 商品与质量, 2009,(S4) [3] 原旭. 轴压比对框架力学性能的影响[J]. 科技传播, 2009,(11) [4] 吕志涛,孟少平. 预应力混凝土框架结构抗震设计中问题的探讨[J]. 工业建筑, 2002,(10) . [5] 唐九如,吕志涛,张敏,崔宇. 预应力混凝土延性框架抗震配筋限值研究[J]. 建筑结构学 报, 1996,(01) .
高 2m,截面尺寸 0.4m×0.4m 的对称配筋的钢筋混凝土柱。混凝土柱纵筋配置
422,箍筋配置 8@200,箍筋加密区配置 8@100,混凝土保护层厚度 30mm,
其立面尺寸如图 1 所示,截面尺寸如图 2 所示。
图1
图2
-2-
3.2. 构件材料特性 ①混凝土:弹性模量 E=3.0e10 N/m2,泊松比 0.2,抗压强度 fc=2.53e7 N/m2, 抗拉强度 ft=1.96e6 N/m2 ②HPB235 钢筋:弹性模量 E=2.1e11 N/m2,泊松比 0.3,屈服强度 fy=2.1e8 N/m2 ③HRB400 钢筋:弹性模量 E=2.0e11 N/m2,泊松比 0.3,屈服强度 fy=3.6e8 N/m2
1. 前言 钢筋混凝土框架柱的破坏形态分为剪切、弯曲等,其中弯曲破坏又分为大、小
偏 心 受 压 破 坏 两 种 。剪 切 和 小 偏 心 受 压 都 属 于 脆 性 破 坏 类 型 , 要 想 改 善 柱 延 性 , 就 要 从根本上改变柱破坏形态,即由脆性的剪切破坏改为延性的弯曲破坏,研究结果表 明 ,剪 跨 比 、轴 压 比 、纵 筋 及 箍 筋 配 置 等 是 影 响 破 坏 形 态 的 主 要 因 素 。因 此 ,框 架 柱 的设计应同时考虑以上各个参数的影响。钢筋混凝土框架柱的轴压比限值及截面 延性的关系是每一个结构设计人员在设计时都遇到过的,并伤透脑筋的一个限值问 题 。为 了 保 证 柱 的 延 性 要 求 , 规 范 通 过 限 制 轴 压 比 , 主 要 是 希 望 柱 发 生 延 性 好 的 大 偏 心受压破坏,即弯曲型破坏,从而保证柱有足够大的弹塑性极限变形能力,实现大震 不倒的设计目的。 2. 柱轴压比定义
柱轴压比是控制框架柱截面尺寸的一个重要指标,其定义为:考虑地震作用组 合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积的比值:
[n] N fc A
式中: N 为考虑地震作用组合的轴压力设计值; fc 为馄凝土轴心抗压强度设计值; A 为柱全截面面积。在《建筑抗震设计规范》GB50011-2001(2008 年版)第 6·3·7 条和 《混凝土结构设计规范》GB50010-2002 第 11·4·16 中,规定了筋混凝土框架柱轴 压比限值,见表 1。
轴压 比
混凝土最大变形应力云图
钢筋最大变形应力云图
0.3
-4-
0.4 0.5 0.6
5
0.7 0.8 0.9
-6-
3.6. 不同轴压比条件下钢筋混凝土柱柱顶截面中点耗能滞回曲线及耗能分析
根据 abaqus 的计算结果,将耗能滞回曲线的坐标点数据在 Excel 中进行后处
理,求出曲线面积即耗能值。