基于纤维模型的钢管混凝土短柱轴心受压试验模拟分析

《基于纤维模型的钢管混凝土短柱轴心受压试验模拟分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于纤维模型的钢管混凝土短柱轴心受压试验模拟分析提要：钢管混凝土巨型斜交X格筒中筒结构非线性分析最关键的是如何模拟外筒钢管混凝土柱的受力性能。本文根据广州珠江新城西塔外筒巨型斜交X格的钢管混凝土短柱轴心受压试验，采用PERFORM-3D的纤维模型对钢管混凝土短柱轴心受压应力－应变关系进行模拟，验证所采用纤维模型的合理性，为钢管混凝土巨型斜交X格筒中筒结构非线性分析奠定基础。本文由提供,本站还提供服务以及混凝土结构论文下载,如需转载,请保留一个链接:hunningtujiegou/关键词：钢管混凝土、轴

2、心受压、纤维模型、PERFORM-3D钢管混凝土巨型斜交X格结构体系具有很大的刚度，在超高层建筑中具有很好的应用前景，已在103层高432m的广州西塔中应用，其理论研究相对滞后于工程实践，因此其抗震性能的研究是极有必要和迫切的。钢管混凝土巨型斜交X格筒中筒结构非线性分析最关键的是如何模拟外筒钢管混凝土柱的受力性能。根据广州西塔外筒巨型斜交X格的钢管混凝土短柱轴心受压试验，采用PERFORM-3D的纤维模型对钢管混凝土短柱轴心受压应力－应变关系进行模拟分析，验证所采用纤维模型的合理性，为钢管混凝土巨型斜

3、交X格筒中筒结构非线性分析奠定基础。1、钢管混凝土短柱轴心受压试验简介在广州西塔外筒巨型斜交X格的钢管混凝土短柱轴心受压试验[1]中制作了两个钢管混凝土试件，其钢材、混凝土强度及钢管直径、厚度与试件完全相同，在15000kN长柱试验机上进行轴压试验，以便能够准确地获得钢管混凝土短柱轴心受压的承载力。短柱试件采用钢材为和混凝土强度等级为C70的钢管混凝土，短柱试件截面积，核心混凝土面积：，钢面积。采用材料的实测强度：钢管实测屈服强度平均值，C70混凝土标准试件实测强度平均值为66.0MPa，则混凝土棱柱

4、体试件强度应为，可得最大加载量，即钢管混凝土短柱极限承载力，根据钢管混凝土结构设计与施工规程（CECS28:90）[2]可得：加载时先采用力控制模式进行加载，采用钢管和核心混凝土共同受力的加载方式，每级加载500kN，使用数据采集仪采集应变片及百分表读数；当钢管屈服后转用位移控制模式进行加载，直至试件破坏。试件的承载力分别为7300kN和7200kN，都在试件加载端和底端首先出现破坏，试验得到的荷载－位移曲线见图1。图1、钢管混凝土短柱试验荷载－位移曲线图2、钢材的应力－应变关系曲线从钢管混凝土短柱试

5、验结果可以知道：（1）两个短柱试件荷载位移曲线形态基本一致，都呈现出加载初期（0～7000kN左右）线性增长，屈服阶段曲线短的形态。达到最大荷载后试件承载力突降1800kN左右，荷载变形曲线出现较陡的下降趋势。当荷载减小到某值后，曲线开始回升，出现缓慢增长的趋势。这主要是因为对于高强混凝土而言，当套箍系数较小时，外包钢管不能对其核心混凝土提供足够的有效约束，核心混凝土呈现出一定的脆性破坏特征。（2）试件的承载力与试验前预测短柱最大承载力7285kN较为接近。（3）从试验得到的荷载－位移曲线可以看出短柱

6、试件的钢管混凝土弹性模量偏低，假设钢材的弹性模量固定为206800N/mm2，则钢管内混凝土的初始弹性模量比15000N/mm2还小。从试件钢管内部破坏形态来看，短柱的轴向压缩变形和环向膨胀变形都很大，压缩率达到30%左右，短柱内部骨料与水泥浆之间的界线已无法分辨，混凝土断口呈现出锯齿形破坏形态。由于其外部钢管对其有很强的约束作用，材料挤压密实，抗压强度仍具有一定的增长，但其抗拉强度很低。钢管内部混凝土由于钢管的约束作用强度大大提高，与非约束混凝土的本构具有很大的差别。2、钢管混凝土的材料本构关系钢管

7、混凝土是由钢管和混凝土组成的，可以根据这两种材料的本构关系，采用数值分析法或有限单元法来获得其荷载与变形的全过程曲线。《钢管混凝土统一理论》[3]用合成法来确定钢管混凝土的基本性能已经被广泛应用于钢管混凝土的理论研究与工程设计方面。因此，本文参照钢管混凝土统一理论，在钢材和混凝土的本构关系考虑两者的相互作用，采用三维非线性分析程序PERFORM-3D的纤维模型对短柱试件进行Pushover静力非线性分析，将分析结果与试验结果作对比，验证纤维模型采用钢材本构关系和核心混凝土本构关系的正确性和选取参数的合

8、理性，为钢管混凝土巨型斜交X格筒中筒结构的整体非线性分析提供参考。2.1　钢材本构关系在试验中，钢管采用Q345B钢，根据钢材实测力学性能指标，采用实测平均值，考虑钢材屈服后的强化强度，但不考虑钢材的强度退化。这是由于钢材的延性比混凝土的延性大很多，钢管混凝土的破坏应由混凝土的极限变形来控制。在分析中，钢材采用三折线无下降段的应力－应变关系曲线（见图2）。2.2　约束混凝土本构关系在试验中，核心混凝土采用C70混凝土，核心混凝土在钢管约束作用下处于复杂应