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钢管混凝土柱钢梁的非线性有限元分析

发布于:2016-08-06 20:12
有限元分析

      钢管混凝土结构具有承载力高、施工方便、耐火性能好、耐腐蚀性强、节点连接简单、传力可靠、经济性好等特点,从而成为学者们研究的热点。随着钢管混凝土结构的广泛应用,节点设计问题也越来越受到关注,国内外学者对钢管混凝土节点也进行了大量研究工作,内隔板贯穿式钢管混凝土柱-钢梁节点是《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)推荐的节点形式,对这类节点的研究成果尚不多见,且规程中对其受力机理及承载力计算方法均未提及。
      文献进行4个节点试件的静力破坏试验研究,验证了该种节点形式的可行性和优越性,但在试验过程中,由于试验测量条件的局限性,仅通过应变片来测量关心点的应变,不便于了解整个构件的应力分布规律。本研究是基于试验的,利用ABAQUSApp建立三维有限元分析模型,为进一步了解内隔板外伸式钢管混凝土柱-钢梁节点提供参考。经过试验结果验证的有限元模型可以有效地弥补试验的不足之处,可以方便地了解任意一点的应变和任意时刻构件总体的应力应变分布情况,能够很好地获取试验中无法测量得到的结果,并且可以较清晰地看到各个节点试件主应力分布,以及核心混凝土的受力状态,从而获得对钢管混凝土结构的受力性能更准确、更全面的认识。
      试件为平面中柱节点,其中试件SZ61为规程中推荐的节点形式.试件的框架梁为组合工字形钢梁,框架柱采用冷弯空心方形钢管,钢管柱内填C40混凝土,试验钢材为Q235B。试件示意图如图所示,试件的具体构造形式为:选取的钢管柱在节点处断开,钢梁翼缘与外伸隔板焊接,腹板与钢管柱通过节点板用高强螺栓连接。隔板与钢梁翼缘和钢管柱的所有焊缝均采用全穿透焊接,节点板与柱壁采用双面角焊缝焊接。节点试件的具体截面尺寸和编号见表,主材性指标见表。
      在本研究的有限元模拟中对于钢材和核心混凝土采用八节点减缩积分格式的三维实体单元(C3D8R),虽然这种单元与其它高次等参单元相比,计算精度稍低,但却可以大大节省计算时间,从计算的经济性出发,整个模型采用C3D8R单元。
      根据文献可知,本研究把钢材的应力-应变曲线简化为弹性段,弹塑性段,塑性段,强化段和二次塑流等5个阶段,如图所示,其中εe=0.8fy/Es,εe1=1.5εe,εe2=10εe1,εe3=100εe1。
      混凝土是一种脆性材料,在拉,压方向上具有不同的力学性质,各国学者对混凝土的本构提出了不同的模式。采用ABAQUS中的塑性损伤模型,由于混凝土材料的复杂性,其本构关系也因为受力状态的不同而不同,核心混凝土处于方钢管的围压作用下,因此受压曲线采用韩林海提出的约束混凝土本构模型,而受拉曲线则采用单轴作用下受拉本构模型。


                                                                                  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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