基于ANSYS的核心型钢混凝土柱非线性数值模拟.pdf

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1、第25卷第3期华中科技大学学报(城市科学版)Vo1．25NO．32008年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2008基于ANSYS的核心型钢混凝土柱非线性数值模拟黄群贤，郭子雄，刘阳，朱奇云(华侨大学土木工程学院，福建泉州362021)摘要：核心型钢可有效提高钢筋混凝土框架柱的变形能力和耗能能力。本文采用有限元程序ANSYS对5个核心型钢混凝土柱试件进行试验全过程的非线性数值模拟，分析了在不同配钢率和轴压比下核心型钢混凝土柱试件的破坏特征、截面应力分布、裂缝发展和钢筋、混凝土、核心型钢的应力应变发展过程。与试验

2、结果的对比分析表明，ANSYS可以有效模拟核心型钢混凝土柱的整个受力和变形过程。关键词：核心型钢混凝土柱；抗震性能；数值模拟；试验研究中图分类号：TU375．3文献标识码：A文章编号：1672—7037(2008)03—01l7．o4在钢筋混凝土框架、框一剪或框一筒结构设钢率下，核心型钢对试件抗震性能的影响进行了计中，经常出现结构底部的重载柱为满足规范规详细分析研究。定的轴压比限值要求，导致混凝土柱截面尺寸过大，这不仅影响建筑的使用功能，而且往往形成1试验简介不利于结构抗震的短柱。针对这一问题，地震工程界开展了大量的研究工作，也提出了诸多解决为了验

3、证在混凝土柱截面核心配置型钢对提办法。文献【1，2]通过在柱中配置方钢管或圆钢管高抗震性能和轴压比限值的有效性，本文进行了来提高其承载力及轴压比限值，试验表明其抗震表1试验参数性能良好；文献[3】采用钢管混凝土叠合柱以降低蝴肘试件名称型钢配钢率⋯柱中混凝土部分承担的轴压力，从而提高柱的轴(bxhxt)／mm压比n⋯压比限值，改善柱的延性和抗震性能；文献【4]采用在混凝土柱截面核心配置附加芯柱以提高高轴压比RC柱的抗震性能。核心型钢混凝土(CoreSteelReinforcedConcrete,简称CSRC)组合结构是充分利用型钢混凝土(SRC)结构

4、特点，通过在RC柱截面核心配置小截面型钢(配钢率为2％4％)以提高重加载点载框架柱轴压比限值，有效减小柱截面尺寸的一6@10种新型组合结构体系。同时对于截面尺寸一定的丰情况下，核心配钢可以有效减小框架柱混凝土实12__IJ量际承担的轴压力，从而可以有效改善框架柱的抗)的吊袈f【吊6@0一

5、L震性能，提高框架柱的抗倒塌能力。文献[5】的试验研究表明核心型钢混凝土柱具有良好的抗震性IH寸：能。为更深入了解CSRC柱的受力性能，本文使110O用大型通用有限元软件ANSYS对文献【6】中5个CSRC柱试件了进行非线性有限元模拟，对不同配图1试件尺寸及配筋详

6、图，mm收稿日期：2008—03—05作者简介：黄群贤(1977一)，男，福建泉州人，讲师，博士研究生，研究方向为工程结构抗震与防灾huangqx@hqu．edu．cn。基金项目：福建省重大专项前期研究项目(2005YZ1017)．国务院侨办课题(06QZR04)。·118·华中科技大学学报(城市科学版)2008年式中，k成为约束混凝土强度提高系数，对于矩形低摩阻滑扳一100l{l乜油r斤截面有效约束系数取0．75。球铰加裁端(接MSIS作钢筋和型钢采用Pipe20单元，材料本构采用预埋件——多线性弹性模型，屈服强度、极限强度及相应应变均采用实测值

7、，钢材材料性能详见表2。表2钢材材料性能汇总表材料类型d，t／mmYy／MPaEy／￡厂u／MPal2361-391807535．42钢筋图2试验加载装置6386．87l934522．115个1／2缩尺比例的CSRC柱试件的低周反复加载10354．991723526．43试验。所有试件截面配筋均采用8中l2的HRP335钢板6320．891558434．66钢筋，配筋率为1．81％。核心型钢采用3种截面形式，配钢率分别为1．23％，2．88％,n4．88％。试验2．2实体建模及网格划分参数见表1，试件尺寸及配筋和加载装置分别见图按照网格划分需要，将

8、试件截面按图3方式】和图2。划分，采用“自上而下”的建模方式，先生成块体，再根据实际情况赋予块体不同的材料属性，2有限元模拟过程最后根据需要进行网格划分。网格划分完毕后，选择相应位置节点，生成钢筋单元，最后用2．1单元类型及材料本构关系MERGE命令将所有重合节点合并，最终形成不考混凝土采用ANSYS自带的Solid65单元，按虑钢筋、型钢和混凝土之间相对滑移的有限元模照混凝土立方体试块抗压强度，换算得到混凝土型，如图4所示。的棱柱体抗压强度，作为程序中混凝土单轴应力．应变关系中的最大应力。本文将柱截面混凝土划分为两个区，即箍筋内约束区和箍筋外的无

9、约束区。箍筋外认为混凝土处于单轴受压应力状态，采用Saenz模型来模拟无约束区混凝土单轴受压应力一应变关系。箍筋内认为混凝