矩形钢管混凝土t型受压节点受力性能的有限元分析

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会矩形钢管混凝土T型受压节点受力性能的有限元分析尧国皇宋宝东黄用军谭伟(中建国际(深圳)设计颤问有限公司．深圳，5l帅33)摘要：在选择了合理的钢材和核心混凝土的本构关系模型的基础上，利用通用有限元软件ABA0us对矩形钢管混凝土T型受压节点荷载一变形关系曲线进行了计算，计算曲线与实验曲线进行了比较，基本吻合，然后对矩形铜管混凝土T犁受压节点荷载一变形戈系进行了全过程分析。在本文研究结果的基础上，可采用ABAOUs对矩形钢管混凝土T型受压节点的工作机理进行更为深入的

2、研究。本文的研究成果可为辅关研究提供参考。关键词：矩形钢管混凝上，T型节点，荷蔽一变形关系．有限元法一’一、刚昌矩形钢管对核心混凝土的约束效果不如圆钢管显著，但仍有很好的敬果，可以提高构件的延性．而且矩形钢管混凝土具较好的抗弯能力和抗扭能力，与圆铡管混凝土相比，矩形钢管混凝土构件连接构造简单，与墙体连接方便，建筑室内便于使用，并容易采用价格便宜的平板式防火板材，因此矩形钢管混凝土在工程实践中的应用也越来越广泛“’2。⋯。矩形钢管混凝土弦杆和矩形钢管腹杆组成的矩形钢管混凝土桁架可用于转换层桁架等结

3、构，有较好的应用前景““。由于矩形钢管混凝土桁架结构可不设节点板，杆件之间直接焊接，建筑上简洁荚观，节点构造简单，加工制作方便，近年来，日益受到工程技术人员，特别是建筑师的青睐。本文研究矩形钢管混凝土T型受压节点的性能，这就对应于实际结构中矩形钢管混凝土梁上起柱。的情况，因此研究这类节点的性能有较大的工程意义和实用价值。文献[5]进行了4个矩形钢管混凝土受压节点的实验．并采用有限元软件^NsYs对其工作性能进行了计算，计算结果与实验结果吻合较好，同时文献[5]也提出了矩形钢管混凝土受压节点的设计

4、方法。有关研究成果被《矩形钢管混凝土结构技术规程》(cEcsl59：2004)采用。但文献[5]的研究也存在一些不足，如对矩形钢管混凝土T型受压节点受力各阶段拉杆和腹杆截面的应力状志的研究还有进一步深入研究的必要，深入研究其截而的应力状态也可为有关工程设计人员进行施工圈深化设计提供参考。一本文在选择了合理的钢材和核心混凝土的本构关系模型的基础上，利用通用有限元软件ABAQUs对矩形钢管混凝土T型受压节点荷载一变形关系曲线进行了计算，计算曲线与实验曲线进行了比较，基本吻合，然后对矩形钢管混凝土T型

5、受压节点荷载一变形关系进行了全过程分析。在本文研究结果的基础上。可采用ABAQus对这类节点的工作机理进行更为深入的研究。本文的研究成果可为相关研究提供参考。二、有限元计算模型(一)材料本构关系模型弦杆钢管和腹杆钢管的钢材采用ABAQUs软件”1中提供等向弹塑性模型，满足vonMises屈服准则，这种模型多用于模拟金属材料的弹塑性性能。用连接给定数据点的一系列直线来平滑地逼近金属材料的应力一应变关系。该模型采用任意多个点来逼近实际的材料行为，因此．就非常接近真实的材料行为。核心混凝土采用ABAQ

6、us软件中的塑性损伤模型”1。文献[1]在总结以往有关研究者采用ABA0us对钢管混凝土进行有限元分析结果的基础上．考虑到核心混凝土受钢管被动约束的特点，通过大量钢管混凝土轴工业建筑2007增刊1767第七届争圜现代结构工程学术研讨会压算例的计算分年厅，修正了素混凝士单轴应力应变关系曲线的峰值应变和下降段，最终提出适用于ABA0us软件有限元分析的钢管混凝土中核心混凝土单轴应力一应变关系表达式⋯如下：。。．’．y：』2‘三一。(删(1)．。’j’21赢j(P1)u’．。1，旧B—1)7十IjIP

7、u式中：x2妻；y2丢；吒2五锄Pa)l玩2￡c+8∞‘f”．10t；‘2(1300+12_5+五)‘lo‘；呀刮‘?+115虮夕2靠。．’，，．4其中，‘为核心混凝土圆柱体抗压强度，以胛a计；f为钢管混凝上的截面约束教应系数，善={L÷(‘为钢管制材屈服强度，厶为混凝土立方抗压强度标准值，4为钢管截面面积，4为混凝土截面面积)。文献[I]采用以上模型对钢管混凝士对钢管泄凝土构件在复杂受力状态下的工作机理和实用计算方法研究，取得了较好的效果，因此本文在研究矩形钢管混凝土T型受压节点的受力性能时采

8、用了以上的混凝土模型。(=)单元类型和截面划分．·弦杆钢管和腹杆钢管的钢材采用四节点减缩积分格式的壳单元(s4R)，为满足一定的计算糖度。在壳单元厚度方向．采用9个积分点的simpson积分(缺省值为5个积分点)。s4R单元允许沿厚度方向的剪切变形，随着壳厚度的变化，求解方法会自动服从厚壳理论或薄壳理论，当壳厚度很小时，剪切变形很小，并且考虑有限薄膜应变和大转动，属于有限应变壳单元，适台大应交的分析。核心混凝土采用了采用八节点减缩积分格式的三维实体单元(c3D8R)，虽然这种单元与其它高次等参单