鋼管混凝土疊合柱的力學(xué)特性和有限元模擬(編輯修改稿)
2025-07-13 19:12 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 分析了疊臺(tái)柱受水平荷載作用時(shí)， 外圍鋼筋混凝土與核心鋼管混凝土之問(wèn)軸力及水平力的分配關(guān)系： 最后討論了外圍混凝土強(qiáng)度等級(jí)及名義軸壓比等參數(shù)對(duì)疊臺(tái)柱抗震性能的影響[5]。 文獻(xiàn)[6]研究疊合柱棱芯區(qū)的抗剪性能。 從研究結(jié)果中可以知道．由于小銅管和銅翅片的作用，剪切破壞的枝芯區(qū)仍有良好的耗能能力和變形能力。并對(duì)其中一十枝芯區(qū)箍筋加密的試件進(jìn)行了非線性有限元分析．提出了棱芯區(qū)受剪承載力計(jì)算公式和棱芯區(qū)構(gòu)造設(shè)計(jì)建議。 文獻(xiàn)[7]研究了鋼管混凝土疊合柱的壓彎承載力，通過(guò)數(shù)值計(jì)算，分析了參數(shù)疊舍比和軸壓比對(duì)鋼骨高強(qiáng)混凝土疊臺(tái)柱壓彎承載力的影響介紹了我國(guó)鋼骨混疆土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程中鋼骨混凝土柱的承載力計(jì)算方法； 在此基礎(chǔ)上 建議鋼骨高強(qiáng)混凝土疊臺(tái)柱壓彎承載力的實(shí)用設(shè)計(jì)方法 并與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。文獻(xiàn)[17]討論豎向荷載下核心柱和核心節(jié)點(diǎn)的工作機(jī)理．破壞特征和極限承載力的計(jì)算方法，為設(shè)計(jì)疊合柱和疊臺(tái)節(jié)點(diǎn)并保證其施工安全性奠定了基礎(chǔ)。疊合柱和疊合節(jié)點(diǎn)的抗震性能將另文討論。文獻(xiàn)[18]進(jìn)行鋼骨高強(qiáng)混凝土疊合柱彎矩一曲率關(guān)系的非線性分析，通過(guò)疊合柱截面彎矩一曲率非線性分析，對(duì)其承載力及變形性能進(jìn)行了探討，最后建立了鋼骨高強(qiáng)混凝土疊合柱截面彎矩—— 曲率關(guān)系的三折線模型，確定了相應(yīng)模型參數(shù)[3]。文獻(xiàn)[19]研究現(xiàn)有高強(qiáng)混凝土及銅臂混凝土本構(gòu)關(guān)系，運(yùn)用合成法編制了計(jì)算程序?qū)︿摴芨邚?qiáng)混凝土疊合柱的截面彎矩一曲率關(guān)系進(jìn)行了全過(guò)程分析，并討論丁主要參數(shù)對(duì)上述關(guān)系的影響；經(jīng)大量回歸分析，建立了鋼管高強(qiáng)混凝土疊合柱截面彎矩一曲率關(guān)系的三折線模型[22]。 3 鋼管混凝土疊合柱有限元建模的材料本構(gòu)模型 鋼管和鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模型[8,9]abcdesifu fy fp 0 ee ee1 ee2 ee3 ei圖4 鋼材的s e 關(guān)系采用韓林海（2007）中的二次塑性流模型來(lái)模擬鋼材，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線分為彈性段(Oa)、彈塑性段(ab)、塑性段(bc)、強(qiáng)化段(cd)和二次塑流(de)等五個(gè)階段，如圖1所示。圖1中的點(diǎn)劃線為鋼材實(shí)際的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，實(shí)線所示為簡(jiǎn)化的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線，模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式如式(32)。其中：； fp、fy和 fu分別為鋼材的比例極限、屈服極限和抗拉強(qiáng)度極限。 (31) 混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模型有限元分析的核心混凝土單軸應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表達(dá)式如下： (32)式中：為圓柱體抗壓強(qiáng)度，；；；；；其中： 素混凝土模型素混凝土的單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系擬采用Attard（1996）提供的混凝土模型，其表達(dá)式如下： (33)式中，，和分別為混凝土圓柱體標(biāo)準(zhǔn)試件應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線上峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變。當(dāng)時(shí)： (34) (34) (35) (36)當(dāng)時(shí): (37) 式中，Ec為混凝土彈性模量，fic和εic為混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線下降段的反彎點(diǎn)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變值，按下式確定： (311) (312) 計(jì)算建模所需材料參數(shù) 在建立有限元模型的時(shí)候要輸入材料的應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)。本次實(shí)驗(yàn)材料的基本參數(shù)是參考文獻(xiàn)[9]鋼管混凝土疊合柱SC2。如下表1和表2：表1 鋼材力學(xué)參數(shù)鋼材屈服應(yīng)力fy極限應(yīng)力fu彈性模量Es泊松比縱筋206000Mpa箍筋206000Mpa鋼管206000Mpa表2 混凝土力學(xué)參數(shù)極限應(yīng)力fcu彈性模量Ec泊松比混凝土25700Mpa根據(jù)所給參數(shù)，有前面的材料本構(gòu)模型可以求出各個(gè)材料的應(yīng)力—應(yīng)變曲線。表3 計(jì)算的箍筋的各力學(xué)參數(shù)與應(yīng)力——應(yīng)變曲線應(yīng)變分段點(diǎn)系數(shù)A+14B+11C257760000表3 計(jì)算的縱筋的力學(xué)參數(shù)與應(yīng)力——應(yīng)變曲線應(yīng)變分段點(diǎn)系數(shù)A+14B+11C333760000表4 計(jì)算的鋼管的力學(xué)參數(shù)與應(yīng)力——應(yīng)變曲應(yīng)變分段點(diǎn)
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