T形钢骨混凝土柱轴压性能的有限元分析.pdfVIP

第九届全国现代结构工程学术研讨会 T形钢骨混凝土柱轴压性能的有限元分析 何松林 徐亚丰 (tZ阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳110168) 提要：为了验证在轴压荷载作用下，可以应用“Arc—Length 效应，建立了3种不同含钢率的T形钢骨混凝土短柱有限元模型。通过ANSYS有限元分析软件，用两种计算方法对 其进行非线性分析，得到了它们的极限承载力，绘制了构件的荷载—位移曲线等。把两种方法的计算结果做了对比， 吻合较好，说明在轴压作用下两钟方法都可用来分析钢骨混凝土柱极限承载力。研究还发现相同的截面形式，不同 含钢率对构件的极限承载力影响显著。最后，绘制了型钢和混凝土的应力一应变曲线，分析了型钢和混凝土在加载 过程中的受力情况，为全面研究该类型柱的受力性能打下了基础。 关键词：钢骨混凝土柱，ANSYS，含钢率，轴压，荷载一位移曲线 一、引言 钢骨混凝土结构，又叫劲性钢筋混凝土结构，是把型钢埋入钢筋混凝土中形成的组合结构，并配有构 造钢筋及少量受力钢筋u儿引。截面形式主要有：L形、T形和十字形等¨。。本论文研究的是T形截面钢骨混 凝土柱，它是将型钢布置在钢筋混凝土柱的核心，形成的型钢、混凝土和钢筋三种材料组合柱。由于混凝 土的作用，避免了型钢发生整体失稳和局部屈曲。在型钢与混凝土的接触面上有很好的粘结力，因此它们 能很好的协同工作，从而提高构件的承载力，充分发挥了钢管和混凝土两种材料的力学性能。在外层混凝 土的保护作用下，使钢骨混凝土组合柱具有好的耐火性和耐腐蚀性。它不仅有极限承载力远大于钢筋混凝 土柱极限承载力与钢构件极限承载力简单相加，还具有特有的优点。它有良好的截面形式，在住宅建筑中 做边柱使用时，柱的肢厚通常与墙厚一致，避免了矩形柱在走廊和房间角部突出的缺点，增强了建筑内部 的美观同时增加了房间的有效使用面积，因而有很大的研究意义和应用前景。 本文通过实例，用两种方法(“牛顿一拉普森”法和“弧长法”)计算，提取相同的结果值来比较，以 说明在定义适当本构关系的前提下，钢骨混凝土构件受轴压作用时，两种方法的任何一种都可以做出明显 的下降段；与此同时分析了不同含钢率的极限承载力的影响。 二、有限元模型介绍 为了研究不同含钢率对T形钢骨混凝土柱轴压承载力的影响和两种计算方法的准确性，本文建立了3 个具有相同截面尺寸不同含钢率的有限元模型，对其进行轴压承载力的非线性有限元模拟。柱子的截面形 式见图l所示。 1242 工业建筑2009增刊 第九届全国现代结构工程学术研讨会 面驵 图1柱子的截面形式 本模拟数据来源于文献[4]，采用C60商品混凝土，实测混凝土立方体抗压强度标准值为57．94Mpa。 和TYZ-8。试件参数及材料数据见表l。 表1试件及材料数据表 柱子编号 柱高／mm 长细比^ 型钢屈服强度／肝a 纵筋屈服强度／肝a 箍筋屈服强度／MPa TYZ-4 400 2 532 449 748 TYZ-6 400 2 445 449 748 TYZ-8 400 2 528 449 748 材料的本构模型及破坏准则 材料的本构关系是结构受力过程中材料应力一应变关系的概括，是结构和变形计算中必不可少的依据。 此处T形钢骨混凝土柱由型钢、钢筋和混凝土组成。混凝土本构关系按单向受压混凝土本构关系来定义临1。 型钢和钢筋假定为理想弹塑性材料，使用ANSYS软件自身提供的双线性随动硬化模型(BKIN)模拟。 屈服准则采用Von-Mises屈服准则∞。。 (一)混凝土的本构模型 混凝土作为一种应用最广泛的建筑材料之一，其本质的特点是材料组成的不均匀性且存在天生的微观 裂缝，决定了其工作机理：由于微观裂缝发展从而构成较大的