冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱压弯性能研究

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1、浙江建筑，第29卷，第7期，2012年7月ZhejiangConstruction，Vo1．29，No．7，Ju1．2012冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱压弯性能研究OnCompression-bendingPerformanceofConcrete—filledThin。walledSteelTubularCompositeColumnswithSquareCross-section赵滇生，戴一虎ZHAODian—sheng．DAI一hu(浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州310032)摘‘要：利用ANSYS有限元程序，分析了冷

2、弯薄壁方钢管混凝土组合柱在偏压荷载作用下，两种材料协同工作能力以及偏心率、混凝土强度、长细比及钢管厚度，对组合柱压弯承载力的影响。最后得出一些有益的结论。关键词：薄壁方钢管混凝土柱；混凝土强度等级；偏心率；含钢率；长细比；承载力中图分类号：TU528．59文献标志码：A文章编号：1008—3707(2012)07—0021—04由于砂石资源的趋紧和对社会环保意识的增移，可用于模拟混凝土的开裂(三个正交方向)、压强，低层轻型钢结构住宅体系的优势逐渐凸显。目碎、塑性变形及徐变。前，各国对普通方钢管混凝土柱的研究趋于成熟，已先后推出

3、一系列钢管混凝土结构的技术规程。钢管对混凝土的套箍作用有效地提高了混凝土的抗压强度和变形能力；而内填混凝土提高了钢管管壁的侧向刚度，两者有很好的协同工作能力。但目前对冷弯薄壁方钢管混凝土结构的研究成果较少，也，L——————1L没有相应的技术规程。本文利用大型有限元程序图1冷弯薄璧方钢管混凝土组合柱截面ANSYS对薄壁方钢管混凝土组合柱压弯性能进行数值模拟计算，分析了影响薄壁方钢管混凝土组合上下刚性垫板采用SOLID45单元，该单元有8柱压弯承载能力的主要因素。个节点，每个节点在空间坐标上有3个平移自由度，此单元可用于塑性、蠕

4、变、应力硬化、大变形以及应1非线性有限元模型的建立变分析。1．1试件设计薄壁方钢管采用SHELLI[81单元，该单元有4本文着重分析不同偏心率、混凝土强度、钢管厚个节点，每个节点有3个平移自由度和3个转动自度及长细比的试件的受力性能。试件截面见图1。由度，适用于薄到中等厚度的壳结构，具有大应变、试件具体参数见表1，所有试件的界面边长b均为大挠度、大转动的非线性特性，和弹塑性、应力刚化120mm，钢材均采用Q345，为345MPa。等特性。模型网格划分见图2。1．2单元选取和网格划分1．3本构模型与破坏准则的选取有限元模型中混凝

5、土采用SOLID65单元，该单(1)本文采用了文献[2]：葩充分考虑约束效应元具有8个节点，每个节点有、y、3个方向的位收稿日期：2012—03—20作者简介：赵滇生(1957一)，男，浙江义乌人，副教授，研究方向为钢结构、空间结构。22浙江建筑2012年第29卷表1试件参数cro注：式(1)、式(2)中具体参数意义及取值详见文献，[2]。核心混凝土采用了William．Warnker五参数破坏准则。(2)冷弯薄壁型钢、上下刚性垫板采用了VonMises随动强化准则，本构关系采用了双线性随动强化模型(BKIN)，见图3。材料屈

6、服强度和初始弹性模量按相应的材性试验确定，进入塑性强化阶段切线模量E．取为初始弹性模量E的0．01倍。泊松比注：表中b为方钢管边长，z为柱高，为混凝土抗压强度标准值，为钢管屈服强度，e为荷载偏心距，t为钢管厚度。图3钢材的应力应变曲线2参数分析本文对表1中冷弯薄壁方钢管混凝土偏压试件进行初步的参数分析，得到各试件轴向压力一柱长度中点挠度曲线。再深入讨论偏心率、混凝土强度、图2冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱单元划分钢管厚度、构件长细比等参数，对冷弯薄壁方钢管混凝土偏压构件力学性能的影响。系数影响的基础上，提出的核心混凝土应力(。)一

7、2．1偏心率的影响应变()关系模型如下：根据试件S6。1．5—20—15～S6—1．5—40—45等9个试件的有限元计算结果，绘制出混凝土强当≤。时，=。【A一曰()]c度相同而偏心率不同的试件的轴向压力一柱长度中当。>占。时，点挠度曲线，见图4。量图4相同混凝土强度不同偏心距对试件横向挠度的影响23第7期赵滇生等：冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱压弯性能研究—————————————————————．——————————————————————————————————————————————————————————————————

8、———————————————————一一分析图4可知：度曲线几乎重合，随着混凝土强度的提高，柱弹性阶(1)各试件的轴向压力一柱长度中点挠度曲线段也随之增长。均由弹性、弹塑性和下降破坏3个阶段组成。弹性(2)随着混凝土强度的提高，组合柱极限承载极限荷载为最大荷载的0．6—0．