矩形中空夹层钢管混凝土轴压构件静力力学性能参数分析.pdf
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1、第 3 9卷第 6 期 2 0 1 3年 1 2月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 41 矩形中空夹层钢管混凝土轴压构件静力 力学性能参数分析 张元凯 ,杨宝山 ( 1 农工商房地产( 集团) 股份有限公司, 上海2 0 0 0 6 0 ; 2 交通运输部公路科学研究院, 北京1 0 0 1 9 1 ) 摘要: 采用正交试验设计方法分析一些关键参数的影响程度, 利用建立的有限元模型分析矩形 中空夹层钢管混 凝土轴压构件在轴压情况下核心混凝土强度、 名义含钢率、 内外钢管屈服强度、 截面长宽比、 截面空心率等参数对 其极限
2、承载力及荷载一 变形关系曲线的影响, 得出了一些有益的结论。 关键词: 正交试验设计方法; 有限元 ; 矩形中空夹层钢管混凝土 中图分类号: T U 3 2 3 1 文献标志码: B 文章编号: 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 4 1 04 0 引 言 根据计算机仿真原理的基本思路, 运用 A N S Y S 有限元软件 对 矩形 中空夹层钢管 混凝土轴 压构 件进行仿真分析, 重点考察一些关键参数对其极限 承载力 、 变形能力和破坏特征的影 响。这些关键因 素包括 : 核心混凝土抗压强度 、 内外钢管屈服强度 、 外钢管厚度( 名义含钢率) 、 截面空心率、
3、 矩形截面 两边长宽 比等。 文 中所分析 的矩形中空夹层钢管混凝土构件几 何尺寸为 : 外钢管长边 D外钢管短边 B=3 0 0 m m 2 0 0 m m。钢材弹性模量取为 2 0 6 0 0 0 MP a , 其抗压 强度与抗拉强度相等, 其他参数在分析中具体说明。 1 轴压构件参数分析 1 1 正交设计方法 参考试验 中常用 的正交试 验设计 方法设计 计算方案。根据此方法 , 通过改变混凝土强度 、 内外 钢管强度和外钢管厚度 ( 名义含钢率 ) 等 4种参 数 , 共设计了 9种轴心受压计算方案 , 各方案具体的 材料参数见表 1 。 表 2给出了各计算构件的极限承载力, 以及按
4、照正交试验分析进行 的极差计算结果 , 表 中的 K 、 、 分别为各个水平 ( 保持一个参数取值不变 , 改 变另外两个参数 的取值 , 称为一个水 平 ) 相应 的三 次试验强度之和; K 、 ( 2 、 K 3 分别为各个水平的试验 强度的平均值 , 由各列的 、 、 三数中用最大值 减去最小值求得各列的极差 尺 。 收稿 日期 : 2 o 1 2 o 5 - o 2 作者简介: 张元凯( 1 9 8 o一 ) , 男, 工程师, 硕士, 主要从事结构设计。 E ma i l : k a i 8 0 4 2 9 9 1 6 3 c o rn 表 1 轴压情况下构件参数 表2 轴压试验方案
5、与极差计算结果 例如, 对于外钢管屈服强度这个参数来说, 其 i和K ( i =1 , 2 , 3 ) 为: K l =2 1 0 3 0+ 2 8 4 4 1 +3 6 4 2 8= 8 5 8 9 9( 第 1 、 2 、 3号构件试验强度之和) = 3 7 8 6 8+3 3 1 8 5+3 0 1 2 3=1 0 1 1 7 6 ( 第 4 2 四川建 筑科 学研 究 第 3 9卷 4 、 5、 6号构件试验强度之和) K 3=3 6 6 0 8+3 8 7 0 4+3 1 9 3 2=1 0 7 2 4 4( 第 7 、 8 、 9号构件试验强度之和) K1=K1 3=2 8 6 3
6、 3 K2=K2 3=3 3 7 2 5 K3=K3 3=3 5 7 4 8 各列极差 尺的大小 , 用来衡量试验 中相应参数 作用的大小 。极差大 的参数 , 说明它的几个水平对 强度所造成 的差别大, 通常是重要的参数 ; 而极差小 的参数 , 则往往是次要参数。 根据表 2 , 可以得出如下几点结论 。 1 ) 在其他参数不变 的情况下 , 随着混凝土抗压 强度 、 外钢管屈服强度 、 内钢管屈服强度 、 外钢管厚 度( 名义含钢率 ) 的增加 , 矩形中空夹层钢管混凝土 轴压构件的极限承载力随之增大。 2 ) 极差分 析结果 表 明, 外钢 管屈服强度 、 混凝 蓁 一 土抗压强度、
7、外钢管厚度( 名义含钢率) 和内钢管屈 服强度 四参数对矩形 中空夹层钢管混凝土构件的轴 压极限承载力的影响程度 , 从大到小依次是 : 外钢管 厚度( 名义含钢率) 、 外钢管屈服强度、 核心混凝土 抗压强度 、 内钢管屈服强度。 1 2 各参数影响程度分析 1 ) 外钢管厚度( 名义含钢率 口 ) 的影响 计算分析不 同外钢管厚度 ( 名义含钢率 o ) 对 构件极 限承载力的影 响。计算构件 的几何尺寸 、 内 外钢材和混凝土 的材料参数 与正交试验设 计的一 样 。内外钢管屈服强度取 2 3 5 MP a , 混 凝土抗压强 度取2 4 M P a , 外钢管( 名义含钢率 口 ) 的
8、厚度分别取 为 3 mm、 4 mm、 6 m m、 8 m m、 1 2 m m( 名义含钢率分 别为0 0 5 、 0 0 7 、 0 1 1 、 0 1 5 、 0 2 3 5 ) , 计算在不同厚 度情况下构件的荷载一 应变曲线( 图 1 ) 。 图 1 不同名义含钢率情况下的荷载一 应变关系曲线 从 图 1中可以看 出, 在外钢管较薄的情况下 , 构 件承载力有明显的下降段, 且延性相对较差; 当外钢 管厚度达到一定程度时 , 承载力经过较短的下 降段 后基本不变 , 承载力没有 明显的下降 , 延性很好 。从 图中可以看出, 构件极 限承载力随外钢管厚度 的增 加而增大, 基本成线
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