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    型钢混凝土柱复合受扭性能的非线性有限元分析.pdf

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    型钢混凝土柱复合受扭性能的非线性有限元分析.pdf

    2016年第1期 1月 混凝土与水泥制品 CHINA CONCRETE AND CEMENT PR0DUCTS 2016 No.1 Janurary 型钢混凝土柱复合受扭性能的 非线性有限元分析 陈 杰,邵永健,徐佩登 苏州科技学院土木工程学院,215011 摘要基于4个比例为12的H型铜混凝土柱在单调荷载下的复合受扭试验.运用ABAQUS建立相应的有限 元分析模型。通过对比开裂扭矩、极限扭矩和扭矩一扭率曲线,验证了有限元分析在型钢混凝土复合受扭性能研究方 面的有效性,分析了轴压比、扭弯比和混凝土强度对型钢混凝土柱复合受扭性能的影响。研究结果表明,提高轴压比可 提高型钢混凝土柱的极限扭矩,但对其后期延性不利;扭弯比的减小使弯曲损伤加大,对于构件极限抗扭不利;提高混 凝土强度可提高构件的极限扭矩 但后期延性变差。 关键词型铜混凝土柱;复合受扭性能;ABAQUS数值模拟;轴压比;极限扭矩;混凝土强度 AbstractBased on出e combined torsion tests of 4 half seale SRC fSteel Reinforced Concrete1 cumns under monotonic 1oads,corresponding finite element models are established by nonlinear finite element analysis software of ABAQUS.By comparing torsion-torque curve,the validity and accuracy of the finite element analysis are verified in terms of the research about山e steel reinforced concrete.The influence of the axial compression ratio、torsionbending ratio and concrete strength on the perance of the SRC column under the combined torsion are analyzed.The results show that increasing of axial compression ratio can improve the ultimate torque.but be unfavorable to deuterie ductility.The decrease of torsionbending ratio.the bending damage increases.but is unfavorable to ultimate torque resistance.The increasing of concrete strength improves the ultimate torque,but the deuterie ductility decreases. Key wordsSteel reinforced concrete column;Combined torsion;ABAQUS numerical simulation;Axial compression ratio;Ultimate torque;Concrete strength 中图分类号TU528.79 文献标识码A 文章编号100046372016014204 O前言 随着大跨、高层建筑的日益增多,型钢混凝土 Steel Reinforced Concrete。以下简称SRC在实际工 程中得到了越来越广泛的运用。相比普通钢筋混凝 土,SRC的承载力更高.刚度更大,变形能力更好, 这些特点使其在抗震中有着很好的表现。 生活中建筑结构造型越来越新颖,涌现很多不 规则结构。但其带来的扭转问题也日益突出,且国 内外对于SRC结构受扭的研究相对较少。受扭是构 件受力的一种基本形态,实际工程中不少构件受压 力、弯矩、剪力和扭矩的共同作用[1-2]。因此,对SRC 复合受扭构件的研究显得十分必要。目前,对于 SRC的研究主要是采用试验和数值模拟两种手段。 试验有其结果直观、可靠等特点,但费用高且周期 长。其结果受试验条件的影响也较大。计算机技术 和有限元模拟方法的发展带动了数值模拟的运用, 基金项目国家自然基金项目51078249。 一42一 其以诸多优势成为研究混凝土结构的重要手段。 ABAQUS在非线性分析模拟中运用广泛,作为一款 强大的模拟分析软件,其可靠度得到了大家的认 可。本文在课题组试验的基础上,利用ABAQUS建 立4个SRC复合受扭构件的分析模型,将试验结果 与模拟数值结果进行对比,并以轴压比、扭弯比、混 凝土强度为主要研究参数。来分析各因素对受扭性 能的影响。 1 型钢混凝土复合受扭试件参数 利用ABAQUS建立4个H型钢混凝土复合受 扭柱编号为HSRCZ1~HSRCZ4的有限元模型。柱 的截面尺寸为300mmx300mmx900mm,顶端自由, 底端与尺寸为460mmx500mmx1200mm的钢筋混凝 土基础固结 H型钢的截面尺寸为H150mm 150mmx7mmx10mm。柱身距柱顶250mm区域内箍 筋为C850。其余区域箍筋为C8100,纵筋采用 6C12。型钢采用Q235B,其中,C表示HRB400钢筋。 柱的计算高度为820ram,长细比为820 x2/300 陈 杰,邵永健,徐佩登 型钢混凝土柱复合受扭性能的非线性有限元分析 积的.而模拟是通过损伤因子来控制,两者有一定 的误差。 4影响受扭性能的因素分析 影响复合受扭性能的因素有很多,本文主要讨 论了不同轴压比、扭弯比和混凝土强度对构件抗扭 性能的影响,见图9一图11。 4.1轴压比 从图9可以看出,混凝土开裂前,两曲线吻合 得较好,轴压比对刚度的影响很小。开裂后进入塑 性阶段,轴压力的作用使混凝土处于三向受力状 态.混凝土强度随轴压力的增加而提高,同时轴压 力降低了因扭转引起的拉应力,延缓了裂缝的开 展,因此,极限扭矩也有一定的提高。对比下降段, 此时轴压比的增加使得混凝土的塑性应变加快.延 性相对降低。 O 0.02 0.04 0.O6 O.O8 0.1O 扭率/rad/m 图9不同轴压比 4.2扭弯比 从图10可以看出,扭弯比越小表示柱受到的 弯矩和剪力越大,提高了弯曲变形对于柱的破坏, 也使得柱的箍筋控制柱横向变形的能力受到削弱, 从而降低了型钢混凝土柱的极限扭矩。但从图上看 出,后期两曲线的下降速率相差不大,扭弯比对于 延性的影响比较小。 4.3混凝土强度 从图11可以看出.两曲线的走势一致。开裂 前.柱的抗扭主要由混凝土来提供,所以混凝土强 度越大柱的初始刚度越大。混凝土强度的提高使得 柱的开裂扭矩和极限扭矩都有所增加。混凝土强度 越高,其塑性变形能力就相应降低,从扭矩一扭率的 下降段可以发现,混凝土强度高的其下降速率越 大,延性越不好。 扭率/rad/m 图10不同扭弯比 5结论 14个试件ABAQUS模拟结果与试验结果表 明开裂扭矩相差在15.9%以内。极限扭矩相差在 16.2%以内,其误差都在可接受范围内,且较为准确 地反映了型钢混凝土构件复合受扭的受力性能.说 明用本文所建立的数值模拟方法来分析型钢混凝 土构件的复合受扭性能是可行的。 2ABAQUS虽然不能直接观察裂缝,无法得 到裂缝的宽度,但可以通过云图能查看裂缝的发展 趋势及其分布情况。 3轴压比、扭弯比和混凝土强度对极限扭矩 都有一定的影响,其极限扭矩均随这3个参数的增 大而有所提高。 4轴压比对于延性的影响相对最大,且随轴 压比的增大其延性降低;提高混凝土强度会使构件 延性有所下降;扭弯比的变化对构件延性的影响相 对最小。 参考文献 【1】殷芝霖,张誉,王振东.抗扭[M】.北京中国铁道出版社,1990 图11不同混凝土强度 [2]梁书亭,朱俊,张根俞.型钢混凝土复合受力构件受扭性能 的试验研究[JJ.工业建筑,2010,4o1 1131136. 【3]石亦平,周玉蓉.ABAQUS有限元分析实例详解[M].北京机 械工业出版社.2006. [4]庄茁,张帆.ABAQUS非线性有限元分析与实例[M].北京 科学出版社.2003. [5】张战廷,刘宇峰.ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型[J].北 京建筑结构。201 1,412229231. 【6】V.Birtel,P.Mark.Parameterized finite element modeling of RC Beam Shear Failure[C].2006 ABAQUS Users’Conference, 200695108. [7]过镇海.混凝土的强度和本构关系原理与应用【M】.北 京中国建筑工业出版社.2004. 收稿日期2015-1124 作者简介陈杰1989一,男,在读研究生。 通讯作者邵永健1963一,男,教授。 通讯地址苏州科技学院江枫校区 联系电话15262408161陈杰 E-mail1191445967qq.com .45.

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