不同长细比下L形钢管混凝土芯柱轴压力学性能有限元分析.pdfVIP

第十届全国现代结构丁程学术研讨会 不同长细比下L形钢管混凝土芯柱 轴压力学性能有限元分析 张宇博徐亚丰 (沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳110168) 提要：本文在研究异形钢管混凝土芯柱轴心荷载作用下的力学性能的基础上，为了更加深入地研究L形钢管混凝土芯柱轴 压力学性能和影响因素，利用ABAQUS有限元软件，通过变化长细比，对7种不同长细比下的L形钢管混凝土芯 柱轴压短柱的力学性能进行模拟试验。通过分析试件的变形图以及核心混凝土、外部混凝土、钢管和钢筋的应力云 图，可看出不同长细比下的构件破坏形态不同；通过分析荷载位移曲线和荷载应变曲线，可得到在研究范围内，当 长细比变化时，构件的极限承载力没有显著变化，但构件达到极限承载力时的位移随长细比的增大而增大。 关键词：异形钢管混凝土芯柱，有限元分析，轴压短柱，极限承载力 一、引言 钢筋混凝土异形柱结构(包括异形柱框架结构和异形柱框架一剪力墙结构)采用异形柱代替传统的矩形 柱，构成所谓“隐式框架”，包括L形、T形和十字形等截面…。钢管混凝土柱结构是将混凝土注入封闭的 薄壁钢管形成的组合结构，内部通常不配钢筋，在钢管混凝土柱轴向受压时，它可以更充分发挥钢管与混 凝土两种材料的作用。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，即钢管对混凝土 的约束作用使混凝土处于复杂应力状态之下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。 同时．由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，可以保证其材料性能充分发挥旧。。异形钢管 混凝土芯柱是一种新型的结构形式，是由沈阳建筑大学徐亚丰教授提出的钢一混凝土组合结构。该结构形式 结合钢管混凝土和钢筋混凝土异形柱两种形式，在钢管的周围配置钢筋，并在其四周和内部浇灌混凝土， 使混凝土与钢管形成能共同承受外荷载作用的柱。而异形钢管混凝土芯柱与传统的钢筋混凝土异形柱相比， 因其内部含有钢管混凝土芯柱，在相同截面条件下，其承载力和延性都大大提高，可以满足工程上对高耸， 大跨的要求，并且可以有效地对钢管加以保护，可以钢管混凝土在由于其在室内不漏梁、柱等满足工程上 的经济、适用的要求。异形钢管混凝土芯柱构件较为复杂，国内外对这种形式的构件研究很少。本文在原 有异形L形钢管混凝土芯柱轴压试验“。的基础上，采用试验中模型截面尺寸以及材料的力学性能指标，本 文通过有限单元模拟软件对不同长细比下的钢管混凝土芯柱的受力性能及破坏特征进行模拟分析。 二、非线性有限元分析模型的建立 本文通过有限元分析程序ABAQUS建立了7根不同长细比的L形钢管混凝土芯柱模型，对L形钢管混凝 土芯柱的力学性能进行分析，其中每个试件分别创建核心混凝土、外混凝土、钢管、纵筋和箍筋五个模型， 并且将每个部件创建在自己的局部坐标系中，在模型中相互独立。根据[4]中的一些简化和假定的前提下， 的解答，对其进行有限元非线性分析。 1308 工业建筑2010增刊 第十届全陶现代结构一r稃学术研讨会 (一)模型的尺寸设计及材料选择 本文通过改变L形钢管混凝土j卷柱的长细比，模拟长细比入=2—8的七根柱。柱截面尺寸为300mmX 下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时能够保持不离析和均匀性，进而达到充分密 实和获得最佳的性能，并且不需要附加振动的混凝土，它属于高性能混凝土的一种Ⅲ。。由于考虑了工程实际 需要，本文混凝土采用自密实混凝土C40。自密实混凝土的泊松比可近似取为Vc=O．2。构件的截面尺寸如 图l所示。 锹筋 麓筋 核心混凝土 钢管 外部混凝土 图1试件截面尺寸 (--)材料本构关系选择 本构关系是反映物质宏观性质的数学模型。把本构关系写成具体的数学表达形式就是本