双向压弯构件受力性能数值模拟研究.pdf

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1、安徽建筑2012年第2期(总183期)双向压弯构件受力性能数值模拟研究NumericalSimulationofMechanicalBehaviorofBi-AxialBendingMoment芮雪芹(同济大学土木工程学院，上海200092)____I摘要：实际工程中有些构件双向压弯，由于构件截面的形心主惯性I11轴不与外弯矩作用面平行或垂直，中性轴的方向随截面高宽比、材料■■■_强度、配筋率、钢筋位置以及荷载大小及作用力方向不同而变化，从而A使双向压弯构件的研究远比单向受弯构件正截面抗弯强度复杂和困难。文章基于平截面假定，

2、忽略剪切变形对梁柱构件的影响，选择适"-3的钢筋和混凝土本构模型，使用Madab建立非线性数值模型模拟双向图1构件示例图2压弯钢筋混凝土柱肘一关系、P—△关系，其中对塑性铰和水平荷栽角进行了修正，并将计算模拟结果与文献结果进行对比。关键词：双向压弯构件；数值模拟；非线性模型中图分类号：TU311．4文献标识码：A文章编号：1007—7359(2012)02—0157—021概况实验及分析研究表明，钢筋混凝土双向受弯构件在受荷过程中，随着荷载、挠度的不断增大，截面形心将逐渐偏离荷载作图3结用平面，从而不可避免产生次生扭矩，且次

3、生扭矩的大小随着构设荷载的增加和构件裂缝产生及破坏的发展不断变化，并对双向计受弯构件的受力性能产生一定影响。两点对称加载时，扭转角与很小，当发生正截面破坏时，扭转效应可忽略不计。研究应2双向压弯构件理论分析用。2。5×1图5构件1(a)M一中曲线(b)P一△曲线2．1基本假定①平截面假定：梁受弯以后，截面混凝土、钢筋应变分布符合平截面假定。钢筋混凝土构件开裂前能近似满足这一假定，构件开裂后，裂缝处截面显然不能满足平截面假定。但是国内。外的大量试验表明，若采用大标距应变计测得标距范围内的平10均应变则从加载到构件破坏全过程的平

4、均应变值都能很好的e’满足平截面假定。②钢筋和混凝土之间枯结可靠，无相对滑移。A(mm)③忽略剪切变形对梁柱构件的影响，忽略次生扭矩对构件图6文献1给出的结果变形的影响。③应力一应变关系。2．2M一中曲线计算a．钢筋的应力一应变关系(取80=0．002，=O．01)①应变、应力以受拉为正、受压为负，力以拉力为正、压力=48-go8或8<-8h划分n，根据材料力学，并注意到．在Y

5、取正位置引起压应b．混凝土应力一应变关系(取8o一0．002，一0．0035，变，截面中任意一点的轴向应变可以表示为：8(，，z￡e+中rz一／Ec)安式中：为截面中心点的应变；、，为如图2所示的截面=0．8s。“徽曲率。{l一[200x(8-e。)2】}s0建O"=2fez／(e~．+8o)8D8D(2)c筑收稿日期：2011-12-29O"=Eoe08dc作者简介：芮雪芹(1985一)，女，江苏宜兴人，同济大学土木工程学院在=0d读硕士，研究方向：有限元分析。固2012年第2期(总183期)安徽建筑④平衡方程可分别计算其

6、曲线和P一△曲线。具体求解一曲线步骤：①=+△；②假定；③假Er=o∑△‘4。+~虽o-'Ai+∑A+^，=o定s；④求解截面合力F，与Ⅳ比较，若不相等，需调整直至n×m相等；⑤求解和，比较前后两次／，若不相等需要调M=O∑。互+∑A互+∑A五+=0(3)整直至两次差值足够小；⑥重复①～⑤。nxm∑M=0∑△AY~Y~,IAIrI+∑AY=0求解P一△曲线：①假定初始6曲线；②(b+△；③由(b求得，再求得P，再求各段，求得(b求得；④与上次6比较，调整6和直至满足两次求得的之差满足精度要求。2．3P一△曲线计算现取其中第一

7、个构件的计算结果，如图5所示，其余构件求得一曲线之后，采用逐步积分法就可求得P-A曲的图可类似得出。线，即将柱沿长度方向等分成m等分(111取为偶数)，如图2所3．2计算结论示，则有：①通过对构件1、2、3计算所得的P一△图对比可知，随着水平荷载角的增大，钢筋开始屈服时的荷载和极限荷载：}+)△(4)厶J=1都减小，极限挠度值6有增大趋势，说明延性增大。同时随着水平荷载角的增大，钢筋开始屈服时的屈服荷载的减小速=1∑++(5)Li+l度比极限荷载减小速度快，即l一l增大。这是因为双向压弯已知梁节点i处的弯矩值，先判断在一曲线

8、中构件的拉、压区面积为三角形或梯形，应力值较高的面积较小，的位置，M．M；Mj+1，则：构件屈服时所起作用很小。②通过对构件1、2,3的一图对比可知，随着水平荷载4,1=4,j(6)角O／的增大，钢筋开始屈服时的弯矩帆和极限弯矩帆都减小。2．3．1塑性铰的修正③通过对构件2、4的计算图对比