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钢管混凝土重载柱节点的有限元分析

发布于:2016-06-21 18:18
有限元分析

      现行的钢管混凝土柱节点形式多样,各具特点。本研究采用一种重载柱设计的新模式,在钢管混凝土柱中埋设型钢,即钢骨—钢管混凝土组合重载柱。由于是一种新型组合柱,对其受力性能的研究还处于探索阶段,特别是理论分析还有待展开,因此,为了全面了解新型节点的工作性能和受力性能,在此,采用ANSYSApp对其结构进行有限元分析,最后与试验结果进行对比修正。
      重载柱为钢骨—钢管混凝土组合柱,梁为工字钢梁,节点类型为加强环节点。钢管直径D为165mm,柱的高度L为1300mm,管壁厚度t为4.5mm。管内混凝土强度等级为C60,内埋钢骨为2根I12组成的十字型钢,工字钢梁为I16。
      在ANSYS中建立节点的有限元模型,具体尺寸与模型试验中的相同。模型模拟试验中所采用的节点构造,描述由钢骨—钢管混凝土组合柱、加强环、肋板和钢梁组成的组合结构,模拟其约束及加载过程,整体考察新型组合柱节点的受力性能,最后还要试验结果进行对比。
      加载过程:先在柱上施加竖向轴力N=1800kN,通过面压力的形式施加,其值为84.18MPa,然后,打开预应力开关,使其在梁端加载的过程中一直在,且大小不变,最后,在梁端通过位移控制施加低周反复荷载。
      约束情况:试验中,钢管柱上下端均加了平板铰,以模拟铰支座,即管柱上下端只能在梁与柱形成的平面内转动,而不能平动。因此,在有限元分析中模拟该约束时,对于下端支座:限制柱端截面上各点的水平位移和竖向位移,释放其转角位移,对于上端支座:限制柱端截面上各点的水平位移,释放其竖向位移和转角位移。
      在梁端加低周反复荷载,其加载顺序(均通过梁端位移控制加载,方向指定竖直向上为正)。
      整个过程的计算量较大,需耗费较长时间。构件最后破坏时,节点区的钢管壁产生了严重的扭曲变形,使模型的实体单元遭到严重破坏,导致计算终止。其节点的变形情况如图所示,与试验所得结果相似,钢管与加强环相连接处的管壁明显地往外凸,最后,由于交界处的管壁被撕裂而破坏。
      从图中可以看出,节点区钢管壁、下加强环与钢梁下翼缘交界处各向的应力均较集中,试验中试件的破坏正是在此处,试验最后,此处的加强环和钢管壁均被撕裂。


                                                                                  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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