L形钢骨混凝土异形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 L形钢骨混凝土异形柱轴压性能的有限元分析 侯晓曦 徐亚丰 (沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳110168) 提要：在选择了合理的钢筋、钢骨和混凝土的本构模型的基础上，利用ANSYS软件对三个不同型钢厚度的L形钢骨混凝土 异形柱在轴压作用下进行了分析，得到了荷载—位移曲线和荷载一应变曲线，并对其破坏状态和破坏机理做了分析。 将柱子极限承载力的有限元模拟值与理论计算值做了对比，二者吻合较好。又提取了混凝土、钢骨的应力云图和应 变云图，应力最大位置与理论分析吻合，说明利用ANSYS模拟L形钢骨混凝土异形柱轴压性能的可行性。为全面认 识L形钢骨混凝土异形柱的力学性能打下了基础。 关键词：L形钢骨混凝土异形柱，轴压，有限元分析，极限承载力，荷载—位移曲线，荷载一应变曲线 一、引言 近些年来，异形柱框架结构在我国得到了较为广泛的推广使用。所谓异形柱框架结构是指全部或部分 柱截面为L形，T形，十形的框架结构。异形柱的采用，避免了采用矩形框架柱会在房间内部形成凸角 而影响使用及美观的缺陷，为用户提供更舒适的生活和工作环境，从而收到明显的经济和社会效益。钢筋 混凝土异形柱框架结构由于承载能力因素的影响，只适用于多层及小高层住宅。为了充分发挥异形柱框架 结构的优点，使该结构的应用范围更广，许多专家曾对钢骨混凝土异形柱进行了研究。钢骨混凝土结构(Steel Reinforced 种材料协同工作以抵抗各种外部作用效应的一种结构。但主要集中于空腹式(如桁架式骨架)SRC异型柱上， 而对实腹式的研究较少。虽然空腹式型钢骨架中的腹杆，能够承受型钢与混凝土之间横向剪力，还能有效 防止型钢与混凝上之间产生粘结滑移，确保二者协同工作，但配实腹钢板的SRC异形柱构件正截面承载能 力、延性均有明显提高，且加入纵向钢筋和箍筋后，粘结滑移在达到极限承载力后才开始明显。此外，由 于翼缘与腹板中配了实腹钢板，延性明显提高，因此其作用在短柱中更为有效【¨。由此可见研究L形钢骨 混凝土短柱的必要性。柱净高H与截面高度h之比H／h(4为短柱，否则为长柱【2】。为了研究不同含钢率 对L形钢骨混凝土短柱轴压承载力的影响，本文利用ANSYS有限元软件对长细比为2的L形钢骨混凝土 柱在施加轴心荷载作用下受力性能进行了模拟，并对其在轴心受压时的变形和破坏机理做了初步的分析。 二、L形钢骨混凝土异形柱截面形式 据见表l 工业建筑2009增刊 1207 第九届伞国现代结构工程学术研讨会 60 图1试件的截面形式 表1试件及材料数据表 试件编号 柱高(mm) 型钢屈服强度(MPa) 纵筋屈服强度(卿a) 箍筋屈服强度(MPa) YZL广-4 400 532 449 748 YZL—-6 400 445 449 748 YZL一8 400 528 449 748 三、有限元模型的建立 (一)单元类型 根据L形钢骨混凝土异形柱的结构特点，对型钢、钢筋、混凝土采用不同的单元类型。混凝土选用 Solid65单元，该单元是具有八个节点的六面体，每个节点有三个自由度，即X，Y，Z三个方向的线位移； 还可对三个方向的含筋情况进行定义，具有模拟断裂(沿三个正交方向)、压碎、塑性变形和蠕动功能， 还可模拟钢筋的拉伸、压缩、塑性变形及蠕变，但不能模拟钢筋的剪切性能。为了简化模型，在有限元模 拟时没有考虑型钢和混凝土之间的相对滑移。 X，Y，Z三个方向的自由度。该单元具有塑性，蠕变，膨胀，应力强化，大变形和大应变的特征。 纵向钢筋和箍筋采用Link8单元。这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有三个自由度： 沿节点坐标系x，Y，Z方向的平动。就像在铰接结构中的表现一样，