空心钢管混凝土轴压短柱的有限元分析

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钢管再生混凝土轴压短柱受力性能有限元分析

钢管再生混凝土轴压短柱受力性能有限元分析

元分析模型 , 模拟试验实测荷载 一轴 向应变 曲线 , 验证有 限元 分析模 型的有效 性。 以再 生混凝土强 度 、 钢管壁厚 、 钢材强度及再生粗骨料取代率为参数 , 设计 5 个 钢管再 生混凝 土轴压短 柱进行 分析 , 建 模时 考虑 了钢管对核心再生混凝 土的约束 作用 , 分析各参数对试件荷 载 一轴向应变 曲线 的影响 。研究表 明 : 随再生混凝土强度 的提高 , 钢管壁厚 的增加 , 钢 材强 度 的增 大 , 能有效增 强钢管再 生混凝 土短柱 的极 限 承载力和变形能力 。 关键词 : 钢 管再 生混凝土 ; 短柱 ; 轴压 ; A B A Q U S ; 极限承载力
c o l u m n s u n d e r a x i l a c o m p r e s s i o n ,t h e n o n l i n e a r i f n i t e e l e m e n t m o d e l s re a b u i l t w i t h t h e a n a l y t i c l a s o f t w a r e A B A Q U S o n
g a t e.T he c o n s t r a i n t e f f e c t o f t h e s t e e l t u b e o n c o r e c o n c r e t e i s d i s c u s s e d wh e n b u i l d i n g t h e mo d e l s ,a nd t h e e f f e c t o f e a c h p ra a me t e r o n he t l o a d i n g — xi a l a s t r a i n c u r v e o f s p e c i me n s i s ls a o di s c u s s e d.T he r e s e a r c h r e s u l t s s h o w t h a t he t u l t i ma t e

浅谈不同截面钢管混凝土轴心受压的有限元分析

浅谈不同截面钢管混凝土轴心受压的有限元分析

科 教 创 新205 都市家教浅谈不同截面钢管混凝土轴心受压的有限元分析300221 天津市建筑工程学校 杜 煜混凝土与钢材至今为止仍是无可代替的,目前两者共同发展的方向主要是提高强度。

但是,混凝土的强度越高,它的脆性也就越大。

尤其在地震区,高强混凝土延性差的问题显得尤为突出,这就大大限制了它的推广与应用。

钢一混凝土组合结构的出现正好解决了这些问题。

它的优点在于能充分发挥钢材和混凝土这两种材料的各自优势,互相取长补短,使结构达到最好的各自性能。

钢管混凝土结构,就是一种介于钢结构和钢筋混凝土结构之间的钢一混凝土组合结构,具有许多其它结构形式所不能比拟的优点。

钢管混凝土结构具有抗压承载力高、塑性和韧性好、耐火性能较好等一系列的优点,可提供极好的抗震性能。

另外,在施工阶段省去了支模和拆模的工序,因而施工方便,施工周期短,经济效益好,具有广阔的发展前景。

在近几十年来钢管混凝土发展迅速,在工业厂房、桥梁结构、地下结构、高层和超高层建筑中取得了良好的经济效益和建筑效果。

本文基于已有的研究成果,通过非线性有限元模拟软件分析钢管混凝土在轴压下的变化趋势,与相关实验数据进行比较分析,验证了有限元计算分析的可靠性。

一、钢管混凝土轴压破坏分析钢管混凝土工作过程主要是:在施加外荷载的初期,由于钢管的泊松比大于混凝土的泊松比,外荷载小时混凝土初始横向变形不大,外钢管对其基本没有约束,它们之间应力的传递主要靠钢管内壁与混凝土内壁之间粘结来传递,两者基本上是单独工作的;随着外荷载的继续增加,当核心混凝土的横向变形达到一定值时,其泊松比也达到或接近钢管的泊松比,钢管壁将受到核心混凝土沿径向的压应力,同时钢管也对核心混凝土产生径向的压应力,此时外钢管对核心混凝土开始产生“约束作用”,而核心混凝土也对钢管起支撑作用,可防止管壁屈曲,此时才表现出来了钢管混凝土的优势;当外荷载达到钢管混凝土的极限状态时,钢管壁屈曲,核心混凝土压碎而宣告构件破坏。

钢管混凝土轴心受压构件极限承载力的有限元分析_徐兴

钢管混凝土轴心受压构件极限承载力的有限元分析_徐兴
[ 3]
2001 -03 -13 收到第 1 稿 , 2001-11 -11 收到修改稿 .
固体力学学报 2002 年 第 23 卷 · 420 ·
2 稳定性问题分析
2. 1 用修正的欧拉公式计算失稳临界载荷 [ 4] 2 2 国内有一部分学者曾用修正欧拉公式的方法 分析稳定性问题 : N cr =π E sc I sc l , 式 中: E sc = 12 . 2 ×10
T T
固体力学学报 2002 年 第 23 卷 · 422 ·

V0
d B S = KS d a e
T
KS =

V0
( 16)
T
G MGd V
K S 是由于应力状态所引起的切线刚度矩阵 , 通常称为几何刚度矩阵 . 当轴向荷载为常量时 , 得到整体平衡方程为 ( K L +K S ) u =0 ( 17) 一般来讲 , 方程式( 17) 的系数矩阵是非奇异的 , 它只有零解 u ≡0 , 表示原来的非挠曲的平衡 是稳定平衡 . 设外力按比例增长 λ 倍 , 则总体几何刚度矩阵变为 λ KS , 整体平衡方程变为 ( KL +λ KS ) u =0 ( 18) 在某些 λ 值时 , 方程式( 18) 的系数矩阵变为奇异的 , 方程有非零解 , 表示挠曲形式也是平衡 位置 , 此时如果有微小的横向挠动 , 结构的横向位移会变成无穷大 . 实际上 , 当位移达到一定 数值以后 , 以上的线性模型不再成立 , 应作为大位移非线性问题考虑 . 式( 18) 即为稳定性问 题的特征方程 , 若结构有 n 个自由度 , 便有 n 个特征对 : λ i= 1 , 2 , … , n) , 相应的外 i ,{Υ i }( 载荷 λ Υ 便是失稳时的屈曲形式 . 实际上 , 只有最小的正特征值对应的 i F 便是临界载荷 , { i} 临界载荷才有意义 , 这也是我们要求的失稳临界载荷 . 作者在用有限元方法分析时 , 首先对结构进行线性静力分析 , 用波阵解法求得初应力 , 进一步求得初应力刚度矩阵 , 即几何刚度矩阵 K S , 最后用逆矢量迭代法求解特征值方程 .

钢管-木-混凝土轴压短柱有限元分析

钢管-木-混凝土轴压短柱有限元分析

沈阳建筑大学学报(自然科学版)Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science)2 02 1 年3 月第37卷第2期Mar. 2021Vol. 37, No. 2文章编号:2095 -1922(2021)02 -0193 -09 doi :10.11717/j. issn :2095 -1922.3221.32.31钢管-木-混凝土轴压短柱有限元分析李帼昌,岳祥虎,杨志坚(沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳119168)摘 要目的分析钢管-木-混凝土短柱在轴压荷载作用下的力学性能,研究不同参数对其受力性能的影响规律。

方法合理地选用钢材、混凝土、木材的本构关系,采用非线性有限元软件ABAQUS 对钢管-木-混凝土轴压短柱进行有限元模拟,分析 典型构件的荷载-位移曲线。

结果 随着木材截面尺寸的增大,构件的初始刚度不变,极限承载力呈现小幅度增长,荷载-位移曲线下降段逐渐变缓,构件延性得到有 效改善,但木材截面尺寸过大构件延性优势有所减弱;随着钢管壁厚、钢材强度和混 凝土强度的增大,构件荷载-位移曲线的弹性阶段变化不明显,构件的承载力增大。

结论在钢管混凝土中加入木材后,利用木芯轻质高强的特点替代核心混凝土,可以显著减轻结构自重,有效延缓混凝土裂缝的开展,改善组合柱的延性性能。

关键词有限元模拟;木材截面形式;木材尺寸;钢材强度;混凝土强度中图分类号TU331文献标志码AFinite Element Analysis of Steel Tube-Wood-ConcreteShort Columni undee Axial CompressionLI Guochang ,Y UE Xianghu ,Y ANG Zhijian(Sciool of Civil Engineering ,Shenyang Jianzhu University , Shenyang ,China, 119166)Abstrecr : This panes analyzes tUe mechanicnl pTopenies of the steel pipe wood ceocnte siort celumn unCes the axS loan , ang explores the influence of the form and size of the wood section , the wall thichness of thn steel UU c , thn steel snennth and thn on thn 1^00x 0x 11010x 3 of the memben. The nouUnear finite element software ABAQUS is uset to simulath the axiat compression shot column of steet tuUe wood chucrete i C analyze the loan dispUcement corve of typicnt chmpouents. The section size of wood hns little influence on the ultimate bearinn canacite of the 011110^x 1,14 has a gnat influence on he ducthUy of the cemponent ; with heof the section size of wood , the initial stiffness of the ccmponenl remains unchangeX , Weultimate bearing canacity shows a smaX , the curve of the fallinc section of We loaC dispucement cerve graXuallu slows down, anC We ductility of the cemponent is effectOeU improveX , bul We ductility advenWgc of the cempouent decreases with the increase of the sectiou收稿日期:2019-H-09基金项目:国家自然科学基金项目(51938005)作者简介:李帼昌(1964—),女,教授,博士,主要从事钢与混凝土组合结构等方面研究。

钢管混凝土柱的工作机理及力学性能的有限元分析

钢管混凝土柱的工作机理及力学性能的有限元分析

随着建 筑业 的迅速 发展 ,常 见 的结构 形 式构 件
钢 管混凝 土而 言 , 由于 外侧 的钢 管对 内部 混凝 土 起
难以满足建筑的设计要求。 正因如此 , 一些新型的结 构 形式逐 渐 出现 在建 筑工 程领域 ,并 且得 到 广泛 的
应用 。 例如 , 钢管混 凝土 柱就是 结合 普通 混凝 土柱 以 及 钢柱 Байду номын сангаас特点而 形成 的一 种新结 构形 式 。钢 管混 凝 土柱 是指 在钢管 的 内部 填满 混凝 土 ,并进 行 挤压 密 实后 的组 合构件 。通 常钢 管混凝 土柱 根据 截 面形 式 可 以分为 方形 、 矩形 、 圆形 3种 。最 早 的钢 管混 凝 土 结构 应用 在英 国的一个 铁 路桥 的桥 墩 柱 中 ,但 是其 主 要 目的是 为 了 防止 钢 管 内侧 发 生 锈 蚀 现 象 而破 坏, 并不 是 出于其力学 性能 。 对 钢管 混凝 土结 构进行
力学 性能 的研究 始于上 世 纪 5 0 、 6 0年 代 ,当 时一些 西方 比较 发达 的国家研 究 了钢管 混凝 土 的承 载能力
到套箍约束的作用 ,使内部的混凝土呈三 向受压的
受力 状态 而大 大提 高其 抗压 强度 。 而对 于钢管 而 言 ,
由于钢管 焊接加 工所 产生 的缺陷对 管 柱 的承载 力 影 响较 大 , 以至 于钢 管会过 早 的产生局 部 屈 曲破坏 。 如
关键 词 : 钢 管 混凝 土 ; 工作机 理 ; 承栽 能 力 ; 延性
中图分类号 : I T U 3 7
文献标识码 : B
文章编 号: 1 6 7 1—9 8 1 6( 2 0 1 3 ) 0 9 —0 0 9 2— 0 4 混 凝土属 于 双向受 压 的情况 , 承 载能力 较低 。 但 对 于

钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析

钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析

4、对数值模型进行验证,确保其准确性。通过对比实验与模拟结果的应力-应 变关系、破坏形态等,对模型土叠合柱的参数(如钢管厚度、混 凝土强度等),进行多组对比分析,探讨各因素对轴压性能的影响。
6、对实验和数值模拟结果进行理论分析,结合实际情况对钢管混凝土叠合柱 的轴压性能进行评估。
钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析
01 引言
03 分析方法 05 结论
目录
02 概念阐述 04 实例分析 06 参考内容
引言
钢管混凝土轴压短柱是一种常见的结构形式,在建筑、桥梁等领域得到广泛应 用。在地震、风载等外力作用下,钢管混凝土轴压短柱的力学性能研究具有重 要意义。非线性有限元分析作为一种有效的数值模拟方法,能够综合考虑材料 的非线性行为和截面几何特性,为钢管混凝土轴压短柱的分析提供有力支持。 本次演示将介绍钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析的基本概念、方法步骤 和实际应用,并探讨其优势、不足及未来研究方向。
3、材料模型:混凝土和钢管的材料模型需根据实际材料特性进行选择。常用 的混凝土模型包括弹塑性模型、损伤塑性模型等;钢管模型则一般采用弹性模 型或弹塑性模型。
4、边界条件处理:根据实际结构边界条件进行约束和支撑处理。对于固定端, 可采用固定支撑;对于自由端,可采用弹簧元或滚动支撑进行处理。
实例分析
1、钢管混凝土短柱在受到冲击作用时,表现出明显的动态响应,其冲击响应 曲线呈非线性特点。
2、钢管的类型和混凝土的强度对钢管混凝土短柱的抗冲击性能具有重要影响。 采用高强度钢管和高质量混凝土可以提高试件的抗冲击性能。
引言
钢管混凝土叠合柱是一种新型的组合结构,具有较高的承载力和抗震性能,在 建筑和桥梁工程中得到广泛应用。轴压性能是钢管混凝土叠合柱的重要性能指 标之一,直接关系到结构的安全性和稳定性。因此,对钢管混凝土叠合柱轴压 性能进行研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

一种新型钢-混凝土组合短柱轴压性能的有限元分析

一种新型钢-混凝土组合短柱轴压性能的有限元分析

一种新型钢-混凝土组合短柱轴压性能的有限元分析尹兵兵;唐兴荣;杨静明;陆国琦【摘要】为了改善空间钢构架混凝土柱轴压性能,提出一种新型钢-混凝土组合结构——内埋方形钢管空间钢构架混凝土柱.为了进一步研究该新型钢-混凝土组合柱的轴压受力性能,以角钢肢长、缀条间距、方钢管宽厚比、混凝土强度等级、钢材强度等级等为设计参数,利用ABAQUS有限元分析软件建立非线性有限元模型,并对内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱轴压性能进行模拟分析.分析结果表明,影响内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱轴压性能的主要影响因素,可以用方钢管混凝土套箍指标和空间钢构架混凝土约束影响系数来表示,其轴压承载力与方钢管混凝土套箍指标和空间钢构架混凝土约束影响系数大致呈线性变化.【期刊名称】《淮海工学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(027)004【总页数】6页(P62-67)【关键词】空间钢构架混凝土柱;方钢管混凝土;轴压性能;有限元分析【作者】尹兵兵;唐兴荣;杨静明;陆国琦【作者单位】苏州科技大学土木工程学院,江苏苏州 215011;苏州科技大学土木工程学院,江苏苏州 215011;中衡苏州华造建筑设计有限公司,江苏苏州 215021;中衡苏州华造建筑设计有限公司,江苏苏州 215021【正文语种】中文【中图分类】TU398.90 引言目前,国内外学者对方钢管混凝土柱的试验研究和理论分析较为完善[1-4],也在实际工程中得到推广应用,但方钢管混凝土柱需要进行防腐防锈处理,且梁柱节点施工困难.进而有学者提出核心钢管混凝土柱[5-7],即在普通钢筋混凝土柱的核心内埋钢管,以便于梁柱节点施工,但由于内部钢管对混凝土的约束作用远大于外围钢筋骨架对混凝土的约束作用,钢管外混凝土先发生破坏,这种组合柱整体性较差.因此,本文提出一种新型钢-混凝土组合柱,即在空间钢构架混凝土柱中内埋方形钢管形成内埋方形钢管空间钢构架混凝土柱(如图1所示).该组合柱具有方钢管对混凝土约束以及空间钢构架对方钢管外混凝土约束的双重约束作用,这一特性可有效提高组合柱的轴压承载力和变形能力.目前,国内外对这种新型组合柱的试验研究和理论分析还较少,为此,本文基于ABAQUS有限元分析软件,建立内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱非线性有限元模型,在有限元建模验证的基础上,对内埋方形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱承载力的影响因素进行模拟分析.图1 内埋方形钢管空间钢构架混凝土柱截面Fig.1 Section of spatial steel frame concrete short column filled square steel tube1 有限元模型的建立以本课题组进行的内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱试件SSFCC-22为例[8],介绍内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱在ABAQUS有限元分析软件中的具体建模过程.1.1 材料本构关系1.1.1 方钢管约束混凝土本构关系考虑方形钢管对核心混凝土的约束作用,本文采用韩林海等[2]提出的方钢管约束混凝土本构关系,即核心混凝土应力(σc)—应变(εc)关系模型:(1)式中,峰值应力为(2)峰值应力对应的应变为(3a)εcc=1 300+14.93fck(με).(3b)(4)式中,ξ为方形钢管混凝土套箍指标,ξ=Asafy/Acfck,其中Asa和Ac分别为钢管和混凝土截面面积,fck为混凝土轴心抗压强度标准值,fy为钢管的屈服应力.1.1.2 空间钢构架约束混凝土本构关系已有的试验研究表明[9-10],空间钢构架对核心混凝土具有一定的约束作用,可有效地提高混凝土的强度和变形性能.因此,在确定混凝土的本构关系时,考虑空间钢构架对其的约束作用.本文采用文献[9]提出的空间钢构架约束混凝土本构关系模型:(5)式中,为约束混凝土的峰值应变,εco为非约束混凝土的峰值应变,Ec为混凝土的弹性模量,Esec为混凝土峰值应变点处的割线模量.峰值应力σcc表达式为(6)式中:σcc为约束混凝土的抗压强度;σco为非约束混凝土的抗压强度;为混凝土达到峰值应力时对应的缀条有限侧向约束应力.峰值应力对应的应变εcc表达式为(7)空间钢构架混凝土的有效约束应力为(8)(9)式中:fyv为缀条屈服强度;s为缀条间距;bc为两对边缀条的形心沿x方向的距离;dc为两对边缀条的形心沿y方向的距离;Ashx为沿x方向缀条的横截面面积;Ashy为沿y方向缀条的横截面面积.有效约束系数ke为ke=(10)当内埋方形钢管空间钢构架混凝土柱截面为正方形时,bc=dc,上述公式可以简化为(11)式中:Ac为内外混凝土截面面积之和;Ak为方钢管约束混凝土面积;Acc为空间钢构架约束混凝土面积;wi为两个相邻角钢之间的净距;s为缀条间距;d为缀条宽度.1.1.3 钢材本构关系有限元分析时,内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱中的方钢管、角钢、缀条均采用考虑塑性强化的二折线模型,屈服后的弹性模量为0.01Es,泊松比取0.3,即(12)式中:σs为钢材应力;εs为钢材应变;Es为钢材弹性模量;fy,r为钢材屈服强度;εy为与fy,r相对应的屈服应变,可取fy,r/Es;fst,r为钢材极限强度;εu为与fst,r 相对应的钢材峰值应变;εuy为钢材硬化起点应变;k为钢材强化段斜率,1.2 模型建立分析模型有角钢、缀条、方钢管、方钢管约束混凝土、空间钢构架约束混凝土等部分,各部件均采用八节点减缩积分格式的三维实体单元(C3D8R),并按照试件实际位置、尺寸建模.采用结构化网格划分技术进行网格划分.该分析模型未考虑各部件之间的有限滑移,方钢管混凝土与方钢管之间、方钢管与外部空间钢构架混凝土之间、空间钢构架混凝土与空间钢构架之间均采用硬接触(Tie),将试件上顶面耦合到距顶面外法线方向10 mm的点处,并取名RP-1,将下底面耦合到距底面外法线方向10 mm的点处,并取名RP-2.约束耦合点RP-1的U1,U2;对点RP-2采用全约束,即约束其U1,U2,U3,UR1,UR2,UR3.也就是试件的顶部不能产生沿x和沿y方向的位移,试件底部为固接.然后创建加载步,采用位移加载,在step-1中设置U3方向的位移即可.2 有限元模型的验证为验证内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱建模的准确性,对本课题组的5个内埋方形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱进行有限元模拟分析.试件以空间钢构架角钢肢长(角钢净距)、空间钢构架缀条间距等为参数,采用5 000 kN液压试验机进行轴向受压试验.各试件的主要参数见表1,采用实际材料性能指标(见文献[8]).图2给出了各试件荷载(N)—位移(Δ)曲线模拟值与试验值的比较,各试件峰值荷载的试验值与模拟值见表1.由表1和图2可知,试验值/模拟值的平均值为0.999 6,各试件模拟曲线与试验曲线基本吻合,但下降段不能很好地模拟出来,主要原因是有限元模拟时,没有考虑峰值荷载后空间钢构架角钢压曲以及缀条拉断等状态.总体来说,考虑方钢管对核心混凝土约束作用和空间钢构架对方钢管外混凝土约束作用建立的有限元非线性模型,可以用来模拟分析内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱的轴压性能.表1 各试件主要参数及峰值荷载Table 1 Parameters and peak load of specimens试件名称截面尺寸/(mm×mm)高度/mm外围空间钢构架角钢/(mm×mm)缀条/(mm×mm)缀条净距/mm内埋方钢管/(mm×mm×mm)峰值荷载试验值Ntestm/kN模拟值Ncalm/kNNtestm/NcalmSSFCC-21200×2006004L40×440×430100×100×41 8451 8520.996SSFCC-22200×2006004L50×440×430100×100×41 9101 9240.993SSFCC-23200×2006004L63×440×430100×100×42 0502 0780.987SSFCC-24200×2006004L63×440×445100×100×42 1802 1181.029SSFCC-25200×2006004L63×440×460100×100×41 8101 8230.993a 试件SSFCC-21b 试件SSFCC-22c 试件SSFCC-23d 试件SSFCC-24e 试件SSFCC-25图2 各试件荷载(N)—位移(Δ)曲线比较Fig.2 Comparison of load (N)—displacement (Δ) curves of specimens3 内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱轴压性能分析基于上述建立的有限元非线性模型,以角钢肢长、缀条净距、宽厚比、混凝土强度、钢材强度等级等为设计参数设计了12个有限元模型(见表2),进一步模拟分析各参数对内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱轴压性能的影响.图3分别给出了各模型有限元分析所得荷载(N)—位移(Δ)曲线比较.由表2和图3可知:(1) 在其他条件不变的情况下,内埋方形钢管宽度(B)不变,增加壁厚(t),钢管的宽厚比(B/t)减小,方形钢管的截面面积增大,方钢管不易压曲,方钢管对核心混凝土的约束作用也增强,内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱的轴压承载力得到提高.(2) 在其他条件不变的情况下,减小空间钢构架缀条的净距空间钢构架角钢不易压曲,可增强空间钢构架对方形钢管外混凝土的约束作用,提高混凝土的抗压强度,内埋方形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱的承载力随之减小而增大.(3) 在其他条件不变的情况下,空间钢构架角钢肢厚不变,增加角钢肢长,角钢的截面面积增大,其回转半径增大,角钢不易压曲.角钢之间的净距的减小,增强了空间钢构架对方形钢管外混凝土的约束作用,混凝土抗压强度得到提高.内埋方形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱的承载力随之增大而提高.(4) 在其他条件不变的情况下,混凝土强度等级提高,内埋方形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱的承载力随之提高而增大,但其下降段相对较陡,变形能力有所降低.(5) 在其他条件不变的情况下,空间钢构架角钢和缀条、方形钢管强度提高,钢材的屈服强度提高,钢材不易发生压曲,内埋方形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱的承载力随之提高而增大.表2 分析模型参数及分析结果Table 2 Parameters and analysis results of models试件编号内埋方钢管外围空间钢构架规格B×t/(mm×mm)宽厚比B/t规格b×h×L/(mm×mm×mm)角纲规格/(mm×mm)缀条宽度d/mm缀条净距s′/mm混凝土强度等级/MPa钢材强度等级/MPa套箍指标ξ约束影响系数λs峰值荷载模拟值/kNSSFCC-1100×425200×200×600L63×4406030Q2351.8700.1442 138.66SSFCC-2100×425200×200×600L63×4404530Q2351.8700.1222 242.97SSFCC-3100×425200×200×600L63×4403030Q2351.8700.1742 498.91SSFCC-4100×520200×200×600L63×4403030Q2352.4180.1742 555.39SSFCC-5100×616.7200×200×600L63×4403030Q2353.0020.1742 636.62SSFCC-6100×425200×200×600L50×4403030Q2351.8700.2362 366.11SSFCC-7100×425200×200×600L70×4403030Q2351.8700.1412 550.65SSFCC-8100×425200×200×600L63×4403040Q2351.4030.1312 709.29SSFCC-9100×425200×200×600L63×4403050Q2351.1220.1052 889.13SSFCC-10100×425200×200×600L63×4403030Q3402.7060.2523 179.37SSFCC-11100×425200×200×600L63×4403030Q3903.1040.2893 514.87SSFCC-12100×425200×200×600L63×4403030Q4203.3430.3123 727.95a 不同方钢管宽厚比b 不同缀条净距c 不同角钢肢长d 不同混凝土强度等级e 不同钢材强度等级图3 各分析模型荷载(N)—位移(Δ)曲线比较Fig.3 Comparison of load (N)—displacement (Δ) curves of finite element models 分析表明,影响方钢管混凝土约束作用的主要因素有:宽厚比(B/t)、混凝土强度等级、钢材强度等级等.内埋方钢管混凝土采用套箍指标ξ作为综合影响因素,即(13)式中:Asa和Ac分别为方钢管横截面积和方钢管内混凝土横截面积;fy为方钢管抗压屈服强度;fc为混凝土轴心抗压强度.分析表明,影响空间钢构架混凝土轴压性能的因素有:缀条间距s和缀条截面面积、角钢净距钢材强度等级、混凝土强度等级等.因此外围空间钢构架混凝土可采用约束影响系数λs来表示,即(14)(15)式中:ρv为横向缀条的体积配箍率,按式(15)计算;Ass1为缀条横截面积;fyv为缀条抗拉屈服强度;fc为混凝土轴心抗压强度.图4和图5分别给出了峰值荷载Nu与套箍指标ξ关系曲线以及峰值荷载Nu与约束影响系数λv关系曲线.图4 峰值荷载Nu与套箍指标ξ关系曲线Fig.4 Peak load Nu and hoop index ξ curve图5 峰值荷载Nu与约束影响系数λv关系曲线Fig.5 Peak load Nu and constraint coefficient λv curve由图4可知,内埋方形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱的峰值荷载Nu随方钢管套箍指标ξ的增大而增大.由图5可知,内埋方形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱的峰值荷载Nu随空间钢构架约束影响系数λv的增大而增大.4 结论(1) 采用ABAQUS软件,考虑方钢管对核心混凝土、空间钢构架对方钢管外混凝土的双重约束作用建立的有限元非线性模型,可以用来模拟内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱的轴压受力性能.(2) 内埋方形钢管对方钢管-空间钢构架混凝土轴压短柱的承载力的影响,可以用方钢管混凝土的套箍指标ξ来衡量.套箍指标ξ越大,内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱轴压承载力越高.(3) 空间钢构架对方钢管-空间钢构架混凝土承载力的影响,可以用空间钢构架混凝土的约束影响系数λv来衡量.约束影响系数λv越大,内埋方形钢管空间钢构架混凝土短柱的轴压承载力越大.参考文献:【相关文献】[1] SCHNEIDER S P. Axially loaded concrete-filled steel tubes[J]. Journal of Structural Engineering, 1998, 124(10): 1125-1138.[2] 韩林海,陶忠.方钢管混凝土轴压力学性能的理论分析与试验研究[J].土木工程学报,2001,34(2):17-25.[3] HU H T. Nonlinear analysis of axially loaded concrete-filled tube columns with confinement effect[J]. Journal of Structural Engineering, 2003, 129(10): 1322-1329.[4] 李小伟,赵均海,朱轶栋,等.方钢管混凝土轴压短柱的力学性能[J].中国公路学报,2006,19(4):77-81.[5] 王庆利,张永丹,赵春雷,等.CFRP钢管混凝土核心轴压短柱静力性能研究[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2005,21(4):289-292.[6] 张常光,赵均海,张庆贺.CFRP-钢管混凝土核心柱的力学性能[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2008,40(6):830-834.[7] 刘阳,郭子雄,贾磊鹏,等.核心钢管混凝土叠合短柱轴压性能及设计方法研究[J].建筑结构学报,2015,36(12):135-142.[8] 尹兵兵.内埋方形钢管空间钢构架混凝土轴压短柱受力性能试验研究[D].苏州:苏州科技大学,2018.[9] 王恺.空间钢构架约束混凝土的本构关系及其轴压短柱的有限元分析[D].苏州:苏州科技学院,2015.[10] 陈晓峰.空间钢构架混凝土柱受力性能试验研究[D].苏州:苏州科技学院,2015.[11] 屈敦文,唐兴荣,毕文廷,等.大跨度钢桁架连廊结构受力性能分析[J].淮海工学院学报(自然科学版),2017,26(2):57-63.。

配筋钢管混凝土短柱轴心受压有限元分析

配筋钢管混凝土短柱轴心受压有限元分析
s f a e tc ri so o u e mu ai n o rd sr c u e c n t c in p c s ,a d tsi e t ih a t a u v y d t .An e ,i p i t u o w r ,i are n c mp tre l t f i tu t r o sr t r e s n e t s i w t cu s re aa t o g u o o i f l d t n t o n so t h
在对 比了试 验结 果与有限元分 析结果后 , 确定 了两者 的一致
C l C5 I C l C 2 0 2 3 0 3 5
f k f
l 等级
e 4 0
2. 68 23 .9
X1 N r 0 / m a
l C0 4 l
1. I 1. l 2. l 2. 34 67 01 34 15 l 1 8 l 2 1 l 22 . . . .0 4 7 O
表 1 混 凝 土 强 度标 准 值
参数 混凝 土 强 度 等 级
配筋钢管混凝土 的受 力破坏 过程 与普通 钢管 混凝 土相 似但 认定 , 两者破坏形态基本吻合 , 两者 破坏过程 也基本相 同 , 有限元
Nr /m a
材 料参 数见表 1一表 3 本 文采用 多线 性等 向强 化模 型模 拟 略有不 同, , 在本文 中, 通过 对 比有 限元 分析结 果与试 验结 果 可 以 模 型忠 实反 映了配筋 钢管混凝 土从加 载到破坏 的全 过程 , 图 4 如 所示 。由于 配筋钢管混凝 土从加载 到破坏 的过程 中, 钢管 始终密 封, 无法直接观察 到配筋钢 管混 凝土 内部破 坏过程 , 因而必 需要 借 助有 限元 软件 进行 分析。

方中空夹层钢管混凝土轴压柱承载力有限元分析

方中空夹层钢管混凝土轴压柱承载力有限元分析

管内填充混凝 土而 形成 的构 件 ) 它利 用钢 管和 混凝 土两 种 材料在受力时 相互 间的 组合 作用, 充 分发 挥两 种材 料的 优 点, 使其具有承载力高、 塑性和韧性好、 耐火性能好以及施工 方便等一系列的优点 ) 在 #" 年代以后 , 随着对钢管混凝 土力 学性能研究的深入, 这类结构 被大范 围推广 应用 ) 到目前 为 止已被广泛应用于国内 外的拱桥、 地 铁、 高 层建筑 和工业 厂
%3
本文拟采用大型通用有限元件 !"#$# 对图 % (& ) 所示 的方中空夹层 钢管 混凝 土进 行了 非线 形有 限元 分析 ’ 计 算
[ (] [ )] 结果同文献 中的试验 结果以及 文献 中的数值 解吻合 良
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方中空夹层钢管混凝土轴压柱承载力 有限元分析
张元凯, 陈梦成, 张安哥
(华东交通大学 土木建筑工程学院, 江 西 南 昌 **""&* )
摘要: 深入研究方中空夹层钢管混凝土构件的力学性能是该类结构的基础 ) 文章结合 已有文献 中方中空夹 层钢管混 凝土柱的 轴压试验, 采用 ,-./. 软件分析钢管混凝土轴压构件, 混凝土采用考虑钢 管约束效 应的本 构关系, 钢材 采用双 线形随动 强化 模型, 采用 ,-./. ( ,012 ) 编制命令流, 并结合数值方法对方 中空夹 层钢管混 凝土轴 压柱的 荷载 $ 变形 关系的分 析 ) 显示 ,-3 ./. 计算结果和试验结果以及数值计算吻合较好 ) 关 键 词: 方中空夹层钢管混凝土柱; 非线形有限 元分析; 荷载 $ 位移曲线 文献标识码: , 中图分类号: 45*6 %

钢管混凝土柱节点承载力有限元分析

钢管混凝土柱节点承载力有限元分析

钢管混凝土柱节点承载力有限元分析摘要:以某钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点为研究对象,采用有限元软件ABAQUS,分析节点在复杂受力状态下的承载能力,通过分析有限元计算结果,节点满足设计要求。

关键词:有限元分析,节点承载力,ABAQUS,塑性损伤模型引言作为构件连接与传力的重要部分,钢结构节点受力分析是结构安全的重要保障。

本文以一主展馆钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点为研究对象,采用有限元软件ABAQUS,分析节点的承载能力,并与试验结果比较,验证节点安全性。

1.有限元模型1.1.材料本构模型钢管桁架弦杆与钢管混凝土柱外壁为Q345钢材,采用四折线理想弹塑性本构模型,如图1[1]。

图1 钢管本构模型钢管混凝土柱核心混凝土标号为C40,采用塑性损伤本构模型。

此本构模型假定:在不大于4或5倍的极限单轴压应力的低围压条件下,混凝土为脆性材料,主要破坏机理表现为拉裂与压碎。

在模拟混凝土在单向、循环及动荷载作用下的不可逆损伤破坏行为等方面,塑性损伤本构模型具有较好收敛性能[1]。

混凝土単轴应力应变关系见式(1)、(2)[2]:受压时:(1)受拉时:(2)其中,、或为混凝土峰值单轴压、拉应力,为对应峰值应变,为单轴全应力应变关系曲线的参数值,取值见文献[2]。

参考文献:[1]、[3],可得压缩损伤值、拉伸损伤值与非弹性应变、开裂应变的关系,其曲线如图2。

(a)压应力-非弹性应变关系(b)损伤值-非弹性应变关系(c)拉应力-开裂应变关系(d)损伤值-开裂应变关系图2 混凝土C401.2.模型建立本文研究的节点为桁架的各杆件通过节点板与钢管混凝土柱连接,其杆件布置图如图3,GGKZ为钢管混凝土柱,有限元模型如图4。

图3 桁架杆件布置图(a)整体模型及杆件编号(b)节点板模型图4 有限元模型假定钢管柱范围内节点板完全嵌固在核心混凝土中,不考虑它们之间的滑移,其接触采用embedded region命令。

假定核心混凝土与钢管相互作用分解为法向与切向两个方向作用:法线方向为硬接触(hard contact),切向作用采用库伦摩擦模型(coulomb friction)模拟:接触面可传递法向压力,并在切向产生摩擦力,其摩擦系数取0.6[4],当切向力大于临界摩擦力时,接触面即发生相对滑移,结合工程实际,假定滑移为小滑移(small sliding);当接触面法向压力为零或者负值时,两接触面分离,相应节点接触被解除。

轴压圆钢管混凝土柱有限元分析

轴压圆钢管混凝土柱有限元分析

轴压圆钢管混凝土柱有限元分析杨成臣武汉理工大学土木工程与建筑学院,武汉(430070)E-mail:syncimaster@摘要:通过优选合理的本构关系和单元属性,对钢管混凝土柱进行了非线性有限元分析。

其中钢管采用理想弹塑性本构关系模型,核心混凝土采用约束混凝土本构关系模型。

数值分析中分析了6个圆钢管混凝土柱在轴向压力作用下的静力性能,分析结果与试验结果吻合较好,证实了该模型的合理性,可为今后的分析提供一定的参考。

关键词:圆钢管混凝土柱,有限元分析,极限承载力1.前言钢管混凝土结构已在现代建筑中得到了广泛的应用,其基本力学性能的研究在国内外均取得了丰富的成果。

在非线性数值分析方面,由于钢管混凝土是一种组合材料,钢管与混凝土的组合作用,以及混凝土本身的本构关系的复杂性,使得其有限元分析仍存在许多有待解决的问题[1]。

国外学者主要用大型有限元分析软件ABAQUS来进行非线性分析。

通过构建不同的混凝土本构关系模型以及不同的钢管对混凝土的约束理论来实现其有限元分析,取得了一定的成果。

本文利用通用有限元分析软件来建立钢管混凝土非线性静力分析全过程,对6个圆钢管混凝土柱进行建模计算并分析其计算结果。

2.材料性能及有限元模型2.1 钢管在有限元分析中,钢材假定为各向同性材料。

在材料非线性分析中,采用目前非线性分析中常用的V on-Mises随动强化准则,钢材应力应变曲线假定为理想弹塑性。

2.2 混凝土钢管混凝土轴心受压时核心混凝土的受力特点是,侧压力是被动的,且随着纵向压力的增大而增大。

钢管混凝土受荷初期,钢管和混凝土按刚度比承受外荷载。

在此阶段,如果忽略钢管和混凝土之间的粘结作用,可以近似地认为混凝土处于单向受压状态。

随着混凝土应力地不断增加,其横向变形系数将不断增大,如果超过钢管的横向变形系数,则由于变形协调而在钢管和混凝土之间产生随外荷载大小而变化地紧箍力,使核心混凝土由单向受压发展成为三向受压。

如果钢管可对核心混凝土提供足够的约束力,随着变形的增加,混凝土的应力-应变关系曲线不会出现下降段;反之,如果钢管不能对核心混凝土提供足够的约束力,则混凝土的应力-应变关系将出现下降段,且下降段的下降趋势随约束作用的减弱而增强。

轴压钢管混凝土柱的有限元分析

轴压钢管混凝土柱的有限元分析

严重 , 尤其 以一字形小墙肢 破坏最为严重 J 2。在 短肢剪力 墙结构 梁支座时 , 地震 时在梁侧 剪力 墙上 可能 出现竖 向裂缝 , 果弯 矩 如 中, 由于墙肢 刚度相 对减小 , 连梁受 剪破坏 的可能性增 加。 因 较大 , 使 而剪力墙平 面外 刚度和承载力不 足 , 出现平 面外的破坏 ; 会
此 , 短 肢 剪 力 墙 结 构 设 计 中 , 对 这 些 薄 弱 环 节 , 加 强 概 念 设 而 目前有些计算软件未给 出剪力墙 平面外 的内力和配筋 , 在 针 应 容易产
计和抗震构 造措施。
生安全隐患 , 设计人应 给予充分 的注 意。5 对于墙肢截 面高度为 )
1 短肢剪力墙在 平面上分布应力 求均匀 , ) 使其刚度 中心和建 厚度 3倍 ~5 的剪 力墙 , 倍 如按框架柱 配筋 设计 时 , 结合剪力墙 的
在极限分析中 , 表 性 的理论有 极 限平衡理 论 , 代 即不 管加 载
受多方面因素的影响 , 如混凝 土受到 的约 束力 以及 钢管 的几何属 历史 和变形过程 , 直接 根据结构处于极限状态时 的平衡条 件计 算 弱环节 。当有扭 转效应 , 建筑平 面外边缘及 角点处 的墙肢会 首先 向均有 梁与之拉结 , 连梁 宜布 置在各 肢 的平面 内 , 量避 免采用 尽 开裂 ; 在地震作用下 , 层短 肢剪力 墙结 构将 以整 体弯 曲变形 为 高
筑物质心尽量接 近 , 以减小 结构 的扭 转效 应 ; 当增加 建筑平 面 受力特点 , 适 墙肢端部 的 主筋宜 适 当加 大 , 墙肢 中部 的主筋 宜适 当
外 边 缘 及 角 点 处 的墙 肢 厚 度 ( 取 2 0mm , 底 部 外 围 的小 墙 肢 减 小 ; 宜 5 对 同时 , 箍筋配置量应满足剪力墙水平分布钢筋计算要求 。 根 据 需 要 可 取用 3 0ri) 加 强 墙 肢 端 部 的 暗 柱 配 筋 , 格 控 制 3 结语 0 n , a 严 墙肢截 面的轴压 比不超过 0 6 以提高墙肢 的 承载力 和延性 。2 ., ) 对 于 短 肢 剪 力 墙 结 构 , 构 工 程 师 在 设 计 中应 充 分 重 视 概 念 结

轴压空心圆钢管混凝土短柱的弹—黏塑性分析

轴压空心圆钢管混凝土短柱的弹—黏塑性分析
分析
管的泊松比却基本上保持不变。在这过程中,混凝
土 的弹性 模 量发 生 了很大 的变化 ,而 钢材 的弹 性模 量 基本 保 持不 变 。 将 空 心钢 管 混凝 土 的核 心混凝 土看 成是 厚壁 圆 筒 分 析 ,对 于 长 圆筒 ,认 为 圆 筒 处 于 平 面应 变 状
文献 [ ] 1 、文 献 [ ] 均 表 明 ,在 弹 性 范 围 2 内 ,中空夹层 钢 管混 凝 土构 件 的 内外 钢 管对 核心 混
本 文 利用 P r n 提 出的 三 向应力 状 态下 的弹 ez a y

个新的强度理论 ,其表达式若用材料 的剪切强度
C 和内摩擦角 及 主应力 。 : 表示则为 。 、 、
F 一
0 ≤ c " 1(r r)一 2 2+c 3

(+)鬻 6 =
( 1 r) 一c 3
也 是一个 选 用不 同强度 准则 的参数 ,当 b=0时为
响,该结果为钢管混凝土柱的承载力分析计算提 供 了一定的理论依据 ,对 工程设 计有一定 的参考
价值 。

作者简介 :李 静 (9 2年一 18
) ,女 ,陕西宝鸡人 ,硕士。
3 ・ 0
理论 研 究
轴压 空 心 圆钢管 混凝 土 短柱 的弹一 黏 塑性 分 析
2 1 第 4期 0 0年
Mor olm h —C uo b准 则 ,当 b= 1 为双剪 强度 理论 。 时
核心 混 凝 土 的泊 松 比从 0 17逐渐 接 近 0 5 .6 . ,而钢
当 = ;b 0 , . 1 = ,1 05时,分别得 到 Te a r c 屈服准 s
则 、双剪屈 服准则 和 Mi s s 屈服 准则 的线 性逼近 。 e 2 2 空 心 圆 钢 管 混 凝 土 轴 压 短 柱 的 弹一 黏 塑 性 .

钢管混凝土柱脚的有限元分析

钢管混凝土柱脚的有限元分析
关 键 词 : 脚 , 限 元 , 截 面假 定 , 柱 有 平 刚度 中图 分 类 号 : U 7 . T 353 文 献 标 识 码 : A
0 引言
某 大型铁路枢纽 主体结 构采 用框 架结 构形 式 , 下 1层 , 地 地 上 2层 。柱 间距 及柱底反力较大 , 基础形 式采用 柱下 独立 承台 +
有显著意义 。 钢 筋 。钢 筋 与混 凝 土 的 界 面 效 应 ( 粘 结 滑 移 和 锁 骨 行 为 ) 过 如 通
图 1 典型柱脚示意 图
1 有 限元 分析
钢管混凝土 柱柱 脚 及承 台应力 分 布 比较 复 杂 , 及 到 混凝 涉 土、 钢筋 、 型钢等多 种材料 。在有 限元 仿真 过程 中存 在 混凝 土 塑 性开裂等材料非线性 、 脚纵筋 与混凝土共 同受力 等 问题 。为此 柱
第3 6卷 第 3 5期
20 10年 1 月 2
山 西 建 筑
SHANXI ARCHI TECTURE
V0 . 6 No 3 13 . 5
De . 2 1 c 00
・5 ・ 5
文 章 编 号 :0 96 2 ( 00)5 05 —2 10 — 85 2 1 3 —0 50
作用 ; 钢管柱与混凝土之 间摩擦 采用 A A U B Q S软件 中“ 函数 ” 罚 摩 擦; 钢筋采用嵌入式单 元“ 入 ” 嵌 主体 混凝 土 内; 型 中不 考虑 轴 模 力和剪力对柱脚 纵筋 的影 响 ; 在有 限元模 型 分析 中 , ? 土采用 昆凝
3 8 钢筋采用 两节点线性 抗 水板 形式 。框架柱 采用 钢管混 凝 土 , 考虑建 筑 、 备及 经 济性 八节点线性六面减缩积 分实体单元 C D R; 设 三维桁架单元 T D ; 管柱 采用 四节 点 曲面 薄壳 减缩 积 分单元 3 2钢 等因素 , 柱脚采用 刚性 柱脚 , 柱脚 截 面 的抗 弯截 面模 量 ( , 不小 E) 于框架柱抗弯截面模量 的 2 , 0倍 典型的柱脚形式 如图 1 所示 。本 结构采用柱脚 形式 不 同于传 统 的外包 式柱脚 。传统 外包 式柱 脚 的四周纵筋 配置都近似按式 ( ) 1 进行计算 。

钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析_丁发兴

钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析_丁发兴

钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析丁发兴1,2,周林超1,余志武1,欧进萍2(1.中南大学土木建筑学院,长沙 410075;2. 哈尔滨工业大学土木工程学院, 哈尔滨 150090)摘 要:提出新的混凝土单轴受力和轴对称三轴受压应力-应变关系统一计算公式,应用连续介质力学,采用弹塑性法对圆钢管混凝土轴压短柱力学性能进行分析,指出该新公式可避免圆钢管混凝土轴压短柱荷载-应变曲线上升段刚度衰减过快的缺点。

采用该新公式并应用ABAQUS有限元软件建立圆钢管混凝土轴压短柱有限元模型,根据圆钢管混凝土轴压短柱的弹塑性法分析结果,确定ABAQUS中混凝土塑性损伤本构模型的膨胀角为40°,然后通过有限元建模对典型的方形钢管混凝土、矩形钢管混凝土、方形带肋钢管混凝土、矩形带肋钢管混凝土和箍筋约束混凝土轴压短柱的荷载-应变曲线试验结果进行数值仿真分析,计算结果与试验结果吻合良好。

采用ABAQUS有限元软件,对相同含钢率下的方形钢管混凝土、矩形钢管混凝土、方形带肋钢管混凝土、矩形带肋钢管混凝土和钢筋混凝土轴压短柱的荷载-应变曲线进行数值仿真分析,探讨各种短柱的受力性能和约束套箍作用,指出方、矩形钢管混凝土的约束套箍作用没有圆钢管混凝土明显,也没有钢筋混凝土明显,所以对方、矩形钢管混凝土轴压短柱采取加肋的办法不能提高其承载力,但可略微改善其延性。

关键词:工程结构;钢管混凝土;本构模型;有限元法;弹塑性法中图分类号:TU318+.1文献标识码:A 文章编号:1673-7180(2009)07-0472-8 Nonlinear finite element analysis of axially loaded concrete-filled steeltubular stub columnsDing Faxing1,2,Zhou Linchao1,Yu Zhiwu1,Ou Jinping2(1. School of Civil Engineering and Architecture, Central South University, Changsha 410075, China;2. School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China)Abstract: New unified formulas for stress-strain relations of concrete under uniaxial load and under axisymmetric triaxial compression were proposed. Based on continuum mechanics, elasto-plastic method was adopted to analyze the behavior of concrete-filled circular steel tubular (CFCT) stub columns under axial compression. When the new unified formula for axial stress-axial strain relations of concrete under axisymmetric triaxial compression was adopted, the defect of the axial compressive stiffness decaying fast at the ascending branch in load-axial strain relations of CFCT stub columns was avoided. Applying new unified formula for stress-strain relations of concrete under uniaxial load, ABAQUS was used to establish the finite element model and to analyze the behavior of CFCT stub columns. According to the results of the behavior by elasto-plastic method for CFCT stub columns, the dilation angle in plastic-damage constitutive model for concrete in基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(50808180);高等学校博士学科点专项科研基金(200805331064);湖南省自然科学基金资助项目(07JJ4014)作者简介:丁发兴(1979-),男,博士,副教授, dinfaxin@ABAQUS was determined as 40°. Then the load-axial strain behavior of typical concrete-filled square steel tubular (CFST), concrete-filled stiffened square steel tubular (CFSST), concrete-filled rectangular steel tubular (CFRT), concrete-filled stiffened rectangular steel tubular (CFSRT), and reinforced concrete (RC) stub columns were analyzed by ABAQUS. The analytical results were in good agreement with the experimental results from references. Finally, the load-strain behavior of typical CFST, CFSST, CFRT, CFSRT, and RC stub columns under the same steel ratio were analyzed by ABAQUS. The behavior and confinement effect of these stub columns were discussed. The confinement effect of CFST and CFRT stub columns are lower than that of CFCT stub columns, even lower than that of RC stub columns. The load capacity is hardly improved and the ductility is improved slightly when the CFST and CFRT stub columns are stiffened.Key words: engineering structures;concrete filled steel tubular columns;constitutive model;finite element method;elasto-plastic method0引 言钢管混凝土在压应力作用下,存在约束套箍作用,这种作用使得其承载力提高,延性改善;此外,钢管混凝土还具有施工方便以及造价经济合理等优点,在我国高层超高层建筑结构、城市桥梁和大跨度建筑中得到广泛应用[1]。

多边形空心钢管混凝土轴压短柱非线性分析

多边形空心钢管混凝土轴压短柱非线性分析

力一应变关系表达式 ( 见图3 ) 。
厂化生产使质量稳定可靠等诸 多优 点。近年来 , 随着各 种截 面形 式的空心的钢管混凝土 的不断 出现 , 给空 心钢 管混凝 土在工程 建 设 中提供 了很大 的发展前景 。
目前 , 学者查 晓雄以及其 他研 究者对空心 钢管混凝 土 的力 学 性 能进行 了大量 的试验研究和理论分 析 , 其相 关的试验 研究成 果 可 以在 C E C S 2 5 4: 2 0 0 9空 心 钢管 混凝 土 结 构技 术 规程 中找 到。 随着空心钢管混凝土柱在工程 中的应用越来越 广泛 , 有学者 曾经
试 件 l 尺 寸 ( B × f x L } / m m / I N ・ l l l m I f jN ・ m m 四 边 形 I 2 3 3 . 3 x 3  ̄ 9 0 0 1 6 3 . 8 l 3 1 7 . 3 I 5 6 . 1 八 边 形 l 1 1 6 . 6 × 3  ̄ 9 0 0 2 0 0 . 7 l 3 1 7 . 3 I 5 6 . 1
多边 形 空 心 钢 管 混 凝 土 轴 压 短 柱 非 线 性 分析 ★
叶柏龙

吴奇超
4 1 0 0 8 3)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
( 中南大学 土木工程学院 , 湖南 长沙
要: 在轴压试验结果 的基础上 , 选 择合理的材料本构关系模型 , 应用大型通 用 A N S Y S有限元软件对 四边形和八边形空心钢管混
第4 0卷 第 6期

32 ・
2 0 1 4年 2月
山 西 建 筑
S HANXI ARC HI T E C T URE
Vo 1 . 4 0 No . 6 F e b . 2 0 1 4

钢管混凝土柱局部承压下的有限元分析

钢管混凝土柱局部承压下的有限元分析

关键词 : 钢管混凝土 ; 局部承压 ; 破 坏 机理 ; 有 限元 分 析
中图分类号 : T U 3 7 5 . 3 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 8—3 7 0 7 ( 2 0 1 3 ) 0 4— 0 0 2 5— 0 4
随着钢 管混 凝 土结 构快 速 发 展 , 钢 管 混 凝 土 在 轴 向局 压下 的性 能引 起 了研究 者 的关注 。钢 管混 凝
土 沿压力 扩 散线形 成 微 裂 缝 , 进 一 步 将 局压 区混 凝
土 分割成 若 干“ 微柱” , 最 后 发 展 到 临界 长度 而 失 稳
破 坏 。此理论 同样适 用 于 钢 管 混凝 土 的局 部 承 压 。
土 是一 种特 殊形 式 的套 箍 混 凝 土 … , 具 有 较 高 的 局 压 强度 。由于局 部 荷 载 的影 响 , 钢管 混 凝 土 柱 承 受 轴 向局 压时 的性 能 和全 截 面受 荷 时 不 同 , 因而研 究
浙 江建筑 , 第3 0卷 , 第 4期 , 2 0 1 3年 4月
Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n,Vo 1 . 3 0,N o . 4,Ap r . 2 01 3
钢 管 混凝 土柱 局 部 承 压 下 的有 限 元分 析
F i n i t e El e me n t An a l y s i s o n Co n c r e t e F i l l e d S t e e l Tu b u l a r Co l u mn Be a r i n g L o c a l L o a d
具 有 较 高 的 稳 定 性 。
1 钢 管 混 凝 土 局 部 受 压 工 作 机 理 分 析

钢管混凝土柱局部承压下的有限元分析

钢管混凝土柱局部承压下的有限元分析

钢管混凝土柱局部承压下的有限元分析一、引言A. 研究目的和意义B. 国内外研究现状C. 论文结构二、理论基础A. 钢管混凝土的组成和特点B. 局部承压的影响因素C. 有限元分析方法的基本原理三、模型建立与分析A. 模型的几何形态和材料参数B. 荷载的施加方式和计算方法C. 有限元模型的建立和分析方法四、结果与分析A. 局部受压区域的应力分布情况B. 变形特点及其对结构的影响C. 超限承载能力的分析和评价五、结论与展望A. 研究成果与结论总结B. 研究中存在的不足和改进方向C. 未来的研究展望和意义六、参考文献第一章:引言A. 研究目的和意义钢管混凝土结构因具有较高的抗震和抗火性能、卓越的经济性和美观度而得到广泛应用,而柱是钢管混凝土结构中最常见的构件。

在某些情况下,柱的一部分受到强烈的压力,行为特性与其他部分有所不同,需要进行特殊分析和设计。

因此,局部承压下的钢管混凝土柱的有限元分析具有重要意义。

本文旨在探究局部承压下钢管混凝土柱的应力、变形和极限承载能力,为结构设计、优化提供理论依据和技术支持。

B. 国内外研究现状近年来,局部承压下的钢管混凝土柱的有限元分析研究逐渐展开。

国内外众多学者和专家以有限元方法为基础进行研究,主要涉及材料力学、结构和技术等领域,形成了一门全新的研究范畴并取得了许多重要结论。

例如,王文一等人在文章《局部受压矩形钢心钢管混凝土柱的受力性能》中,探究了钢心钢管混凝土柱中局部受压的影响机理和应力分布规律,通过有限元分析获得了柱极限承载能力的理论表达式;罗建华等人在文章《软钢钢纤维混凝土局部受压混凝土柱的有限元分析》中,分析了软钢加筋混凝土局部受压柱的承载能力,揭示了柱的变形和破坏过程。

C. 论文结构本文主要分为五个章节。

第一章为引言,概述了本研究的目的、意义和国内外研究背景。

第二章为理论基础,介绍了钢管混凝土的基本组成和特点、局部承压的影响因素以及有限元分析方法的基本原理。

第三章为模型建立与分析,详细阐述了研究所用的柱的几何形态和材料参数、荷载的施加方式和计算方法以及有限元模型的建立和分析方法。

轴压钢管混凝土柱的有限元分析

轴压钢管混凝土柱的有限元分析

轴压钢管混凝土柱的有限元分析
汤杰瑶;吴超华
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2010(036)017
【摘要】以非线性有限元程序ABAQUS为平台,选择合适的本构模型和参数,对4根轴心受压下的钢管混凝土柱进行有限元分析,得到了各柱的荷载-应变曲线,通过与试验数据进行对比,验证了有限元模型的正确性.
【总页数】3页(P69-71)
【作者】汤杰瑶;吴超华
【作者单位】华南理工大学土木与交通学院,广东,广州,510640;东莞市城建工程管理局,广东,东莞,523079
【正文语种】中文
【中图分类】TU375.3
【相关文献】
1.方中空夹层钢管混凝土轴压柱承载力有限元分析 [J], 张元凯;陈梦成;张安哥
2.方形钢管混凝土轴压柱局部屈曲的有限元分析 [J], 龙跃凌;金雪峰
3.长期荷载作用下不锈钢管混凝土轴压柱力学性能的有限元分析 [J], 方欣欣;林庚平
4.圆复合钢管混凝土短柱在轴压下的有限元分析 [J], 慈俊昌;闫维明;贾洪
5.膨胀剂掺量及套箍系数对钢管混凝土轴压柱承载力的影响 [J], 程阿青;刘骁帆;胡浪;曹新明
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第3 9卷 第 9期
2 0 1 3年 3 月
山 西 建 筑
S HANXI ARC HI T E CT UR E
V0 1 . 3 9 No . 9
Ma r . 2 0 1 3
-3 7・
文章编号 : 1 0 0 9 — 6 8 2 5 ( 2 0 1 3 ) 0 9 - 0 0 3 7 - 0 2
混凝土 钢管
目前 , 研究 者对 空心钢管混凝土构件 的力学性 能开展 了大量 的试 验研究和理论分析 , 相关 的研 究成果 在 C E C S 2 5 4: 2 0 0 9空 心
钢管混凝 土结构技 术规 程 中已经有 所体 现 J 。为 了深入 了解 空
心 圆钢管混凝 土轴压构件 的工作机理 , 本文应用 A B A Q U S软件对 短柱轴压 试验进行了模拟 , 探 讨了有限元模 型建立 过程 中的几个
限元模拟 , 着重讨论 了有限元模型 的建立 方法 , 并通过模拟结 果与试验结果 的对 比验证 了有限元模 型的合理性。 关键词 : 空心钢管混凝土 , 短柱 , 轴压 , 有限元法
中图分类号 : T U 3 9 2 . 3 文献标 识码 : A
0 引 言
钢管混凝土结构 具有 承载力 高 、 抗震 性能 好 、 施工 简便 等 诸
1 . 2 材料模 型

核 心混 凝土采用软件 自带 的塑性 损伤 ( d a ma g e d p l a s t i c i t y ) 模
该模型能较好 的解 释低静水 压力下( 一般小于 4倍 ~5倍单轴 多优点 , 经 过近半个 世纪 的发展 , 已经 成为 了一 种 比较 成熟 的结 型 , 混凝 土 的性 能 , 例 如它 考 虑 了混 凝 土 拉 、 压性 能 的差 构体系 。近年来 , 新 型 的钢管 混凝 土结构 形式 不 断涌 现 , 空心 钢 抗压强 度) 异 , 还能较好 的模拟混凝 土的不可逆 的损伤效应 J 。考虑 到空心 管混凝土就是其 中非 常具 有代表 性 的一种 。空 心钢 管混凝 土 又 故其 应力一 称离心钢管混凝土 , 是采用离心法浇筑 管 内混凝 土并通 过蒸 汽养 钢 管混凝 土中钢管对核心混凝土 的约束作用 不 明显 , 应变模 型可采用 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 1 0混凝土结构设计规范所 附的素混 生制 成的钢管混凝土构件 , 具体应用时 , 可先 在工厂 中预制 , 再运 凝土应力一应变 关系表达式 , 具体应 用时将上述 表达式转 化为 抵现 场组装。研究发现 , 空心钢管混凝土杆 塔 比传 统 的钢 杆塔 能
关键 问题 , 也为进一 步对该构 件开展多种 工况下 的非 线性分 析奠
定 了基 础 。
1 有限元模 型
1 . 1 试验 资料
试件 n和 b ) 为例 , 其截 面如 图 1所示 。尺寸值 为 : 钢管 外径 D=
图 1 空心钢管 混凝土截面示意图 图 2 钢材应 力一应变关 系
本 文以文献 [ 3 ] 中的一 组轴 压短柱试 件 ( 包括 两个 同截 面 的 1 . 3 网格 划分及 单 元选择
采用 A B A Q U S进行有 限元分 析时 , 需要 同时考 虑 网格划 分密
3 0 0 m m ; 钢管厚度 t = 4 . 7 5 m m; 混凝土 厚度 t = 4 0 a r m ; 约束 效应 度 的合理性 和经济 性 。本 文 采用 网格 试 验 的方 法确 定 其密 度 。 系数 。与 实心 圆钢管混凝土轴压短柱类 似 , 其 试件 的长宽 比取值 即首先采用一个设定 的初 始密度划分 网格进行分 析后 , 再采用 初 在 3~ 4之 间 J , 本例 中的试件 高度 L=9 0 0 n l l n 。材料 强度值 为 : 始密度 的两倍来 划分 网格并 重新 计算 , 若两 者结 果差别 较 小 , 则
钢材采 用 A B A Q U S材料 库 中的 等 向弹 塑 性模 型 , 满足 V o n
Mi s e s 屈服准则 , 可以较 好 的描述低 碳 钢 的弹塑性 性 能。具体 应
用 时采用文 献[ 4 ] 中的应力一应 变关 系表达 式 ( 见图 2 ) , 该模 型 在对钢 管混凝 土构 件进行 有 限元分 析时较 为 常用 。同样 需将 上 述表达式转化 为真实应力一真实塑性应变关系后再输入 。
钢材强度 = 3 1 5 . 8 MP a ; 混凝 土轴压 强度标准值厶 =2 8 . 4 MP a 。 认 为初始密度是 可行 的 , 否则应按上述 方法继续细化 网格直至满
参 考 文献 :
[ 2 ] D e s i g n o f B l a s t R e s i s t a n t B u i l d i n g s i n P e t r o c h e m i c a l F a c i l i t i e s [ Z] .
节约 5 0 %及 以上钢材用量 。与预应力钢筋混凝 土杆塔 的材料 ( 钢 真实应力一 非弹性应变关系再输入 。
材和混凝土 ) 用量基本 相同 , 但避免 了混凝 土开裂 问题 , 提高 了结
构 的耐久性和安全度 … 。因此 , 空心钢管混凝 土在 电力 工程建设 中有 很大的发展前景 。
空 心 钢 管 混 凝 土 轴 压 短 柱 的 有 限 元 分 析
赵 亮

马 瞻
4 5 0 0 0 3)
( 中国建设银行股份有限公司河南省分行 , 河南 郑 州
要: 在轴压试验结果 的基础上 , 选择合理的材料本构关 系模 型 , 应 用有限元软 件 A B A Q U S对 空心 圆钢 管混凝土短柱 进行 了有
[ 1 ] S I - I / T 3 1 6 0 - 2 0 0 9 , 石油化工控制 室抗爆设计规 范[ s ]
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