钢骨混凝土梁抗剪性能非线性有限元分析.pdf
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1、江苏建筑 2 0 1 2年第 5期( 总第 1 5 0期 ) 钢骨混凝土梁抗剪性能非线性有限元分析 陈梁 , 张南 , 何 露 , 吴世清 ( 南 京工业 大学 土木工 程学 院 。 江 苏南 京 2 1 0 0 0 9 ; 南 京润 华市政 建设 有 限公 司 。 江苏 南京 2 1 0 0 0 9 ) 【 摘 要】 文章在试验的基础上, 采用有限元软件A N S Y S 对空腹式钢骨混凝土粱抗剪性能进行了非线性有限元分析。经 对比验证 , 计 算结果与试验 吻合较好 并从混凝 土强度 、 剪跨 比 、 配箍 率及斜 向角钢规格 角度进行 了钢 骨混凝土粱抗剪性 能 的影响因素分析 。 关键
2、 词】 钢骨混凝土梁; 非线性有限元; 抗剪性能; 影响因素 中图分类号】 T U 3 7 5 1 文献标识码】 A【 文章 1 0 0 5 6 2 7 0 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 3 0 0 4 No n l i n e a r Fi ni t e El e me nt Ana l y s i s o n Sh e a r Ca pa c i t y o f S t e e l Re i n f o r c e d Co n c r e t e Be a m CHEN L i a n g Z HANG Na n HE L u W U S h i - q i n g ( 1 C
3、 o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g , N a n j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 9 C h i n a ; 2 N a n j i n g R u n h u a M u n i c i p a l C o n s t r u c t i o n C o , L t d , N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 0 9 C h i n a ) A
4、b s t r ac t :Ba s e d o n t h e t e s t r e s u l t s ,n o n l i n e a r fini t e e l e me n t a n a l y s i s o n s h e a r c a p a c i t y o f t h e s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a ms we r e fin i s h e d b y us i n g t h e fini t e e l e me n t s o ftwa r e ANS YS i n t h e p
5、 a pe r Co mp a r e d wi t h t h e t e s t , t h e c a l c u l a t i o n r e s u l t s a n d t h e t e s t r e s u l t s ma t c h w e l 1 T h e c o n c r e t e s t r e n g t h , r a t i o o f s h e a r s p a n t o d e p t h , t r a ns v e r s a l r e i n f o r c e me n t r a t i o a n d s o me o t h
6、 e r f a c t o r s a f f e c t i n g t h e s h e a r c a p a c i t y o f s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e b e a m we r e a n a l y z e d Ke y wo r ds:s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e be a m;no n l i n e a r fin i t e e l e me n t ;s h e a r c a p a c i t y ;a f f e c t f a
7、c t o r 0 前 言 钢 骨 混凝 土 ( S t e e l R e i n f o r c e d C o n e f e t e 简称 S R C) 结 构是 以钢 骨为骨架并在钢骨周 围配置钢筋 和浇筑混凝 土的 组合结构体系 因其充分利用钢与混凝土两种 材料 性能优 势 应用 日益广泛 。 钢骨混凝土结构根据 内部配钢形式不同 可分为实腹式和空腹式两大类 实腹 式钢骨通 常采用由钢 板 焊 接 拼 制 成 或 直 接 轧 制 而 成 的 工 字 型 、 H 型 、 口字 型 、 十 字型截面等 :空腹式钢骨一般 由缀板或缀条连接角钢或槽 钢构成空间桁架式骨架 与实腹式相 比 空
8、腹式钢骨较节省 钢材 该结构形式的配钢率和普通钢筋混凝土结构相 比稍 大甚至基本相 当 但其强度 、 剐度和延性却有较大提高 。同 时 空腹式钢骨混凝 土结构可 以解决粱与柱交叉穿筋 的问 题 。 目前 对于实腹式钢骨混凝土结构的研究较多 , 而 有关 空腹式钢骨 混凝 土结 构的研究 和资料相对较少 。采用 有限 元 分析钢筋 混凝土梁 的资料较多_ l - 2 1 但 采用有限元对 空腹 式 钢骨混凝土梁进行分析的资料较少 所以开展相关方面 的研 究 工作 具 有 重 要 意 义 本 文 在 2根 空 腹 式 钢 骨 混凝 土 粱 的 试 验 研 究 基 础 上 , 采用 有限元软件 A
9、N S Y S对其抗剪 性能进 行 了非线 性有 限 元分析 通过选用合理的材料本构关系和材料参数 考 虑混 凝土单元 的开裂与压碎 进行精细 的映射 网格划分 以及 设 置合 理的求解控制 等 建立可靠的有限元模 型 并在此基础 上进 行了钢骨混凝 土粱抗剪性能 的影 响因素分析 ( 图 1 ) 。 1 钢 骨 混凝 土梁 试 件 参 数 为便于有限元与试验结果 的对 比分析 现将 钢骨混凝 土梁的试件参数 列入下文 的图表 中。 加载方式为单点集中 荷载f 图 2 1 。 2 有 限 元 模 型 建 立 2 1 单元类型 混凝 土采用 S O L I D 6 5单 元 纵 筋和 箍筋采 用
10、 L I N K 8 单 元 纵 向角钢 和钢支 座垫板 均采用 S O L I D 4 5单元 斜 向 角钢采用可 自定 义截 面的 B E A M1 8 8单元。 2 2材料性质 收稿日 2 0 1 2 0 5 1 5 作者简介】 陈 梁 , 男 , 南 京 工 业 大 学 土 木 工 程 学 院 , 硕 士 研 究 生 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 2年第 5期 ( 总第 1 5 0期 ) 翔 -驵 图 2钢骨混凝土梁加载示意 图 表 1 试 验梁相关参数表 当 时 , = 肪 ( 2 ) 当8 时, o - - f , ( 3
11、 ) 式 中 : E为钢材的弹性模量 为钢材的屈服应力。 2 - 3 建模 与网格 划分 为减少 A N S Y S的计算量 本文的钢骨混凝土梁模 型 采用 1 2对称模型 。 建模过程采用 “ 由上至下 ” 的方法 , 这 种 建模方法 简便 直观不易出错 。为确保 所生成的钢骨单元 和 混凝 土单 元均为平行六面体单元 划分 网格采用映射划分 。 对于 斜 向角 钢可 先 将 其 截 面划 分 为 规 格 的 矩 形 再 对 B E A M1 8 8梁单元长度方 向进行划分 。模型见 图 3 。 在 A N S Y S程序 中 混凝 土材料性质 的定义包括输 入 混 凝土 的单轴应 力一
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