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框架结构地震反应影响的有限元分析

发布于:2016-03-16 18:58
有限元分析

      钢管混凝土是钢管套箍混凝土的简称,是由混凝土填入薄壁钢管内形成的组合结构。由于钢管对核心混凝土的约束作用,使混凝土处于杂的应力状态之下,从而使混凝土强度得到提高,塑性和韧性大为改善,此类结构在高层建筑、工业厂房、桥梁等工程中的应用日益广泛。在设计中,轴压比和套箍系数是影响钢管混凝土结构抗震性能的重要指标。研究设计制作了一单跨、两开间、8层圆钢管混凝土柱-H钢梁框架结构模型,进行了模拟地震振动台试验研究,并运用大型有限元分析AppANSYS进行数值模拟计算,试验结果和数值模拟结果符合较好。
      为探索轴压比和套箍系数对钢管混凝土框架抗震性能的影响,运用该有限元模型,通过改变轴压比和套箍系数,分析这两项指标对框架地震反应的影响。由于在地震荷载作用下,结构层间位移反应大小是决定结构破坏程度的关键指标,因此本研究只论述了轴压比和套箍系数对钢管混凝土框架结构位移和层间位移反应的影响,而未涉及加速度、应变等反应。
      在地震作用下钢管混凝土柱可以看成双向压弯构件,模型试验中所用钢材为Q235低碳钢,故受压本构关系采用理想弹塑性模型,受拉本构关系采用由弹性阶段、塑流阶段、应变强化阶段和二次塑流阶段构成的四段式模型,数学表达式。
      核心混凝土应力-应变关系曲线的特征主要和约束效应系数有关:ξ值越大,钢管对核心混凝土提供的约束越强,受力过程中随着变形的增加,混凝土应力-应变关系曲线下降段出现得越晚,甚至不出现下降段;反之,ξ值越小,钢管对核心混凝土提供的约束越小,受力过程中混凝土应力-应变关系曲线下降段出现得越早.基于上述关系,本研究充分考虑了约束效应的影响,采用韩林海提出的核心混凝土应力-应变关系模型。
      多数研究者在分析钢管混凝土结构时都假设钢管与核心混凝土之间完全粘结(如Shakir-Khalil和Zeghiche),少数研究者在钢单元和混凝土单元之间加入滑移单元(Slip-element)或间隙单元(Gap-element),结果表明,考虑界面之间的粘结滑移性能对钢管混凝土结构整体性能的影响很小,本模型中假设钢管与核心混凝土之间完全粘结。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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