圆中空夹层钢管混凝土抗弯承载力分析.pdf
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1、低温建筑技术 2 0 1 2年第 l 2期( 总第 1 7 4期) 圆中空夹层钢管混凝土抗弯承载力分析 张栋, 刘清, 刘耘 ( 新疆大学建筑工程学院 , 乌鲁木齐8 3 0 0 4 7) 【 摘要】 运用 A N S Y S 对软件单调竖向荷载作用下圆中空夹层钢管混凝土梁进行受弯分析, 得出9 个不同 空心率情况下构件的抗弯承载力, 并与文献 4 中提出的抗弯承载力理论计算公式的计算结果进行对比。分析结 果表明: 该类构件具有较高变形能力和良好的后期承载力, 在空心率为 0 7 0时构件的抗弯承载力较高。 【 关键词】 单调竖向荷载; 空心率 ; 后期承载力 【 中图分类号】 T U 5 2
2、 8 5 7 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 2 0 0 3 4 0 3 T HE F I N I T E E L E ME N T A NA L Y S I S O F CO NC R E T I - F I L L E D DO U BL E S KI N S TEEL TUBULAR F LE XURAL BEAR G C AP ACI TY Z H A N G D o n g , L I U Q i n g , L I U Y u n ( I n s ti t u t e o f A r c h i t e c t u
3、r a l E n g i , X i n j i a n g U n i v , U r i mq i 8 3 0 0 4 7 , C h i n a ) Ab s t r a c t : B y u s i n g t h e u n i v e r s a l fi n i t e e l e me n t s o f t wa r e AN S YS o n mo n o t o n e v e r t i c a l:l o a d s o f c o n c r e t e fi l l e d d o u b l e s k i n s t e e l t u b u l a r
4、 b e a m i n b e n d i n g a n a l y s i s , d r a wn i n 9 d i ff e r e n t h o l l o w r a t i o s the b e n d i n g b e a r i n g c a p a c i t y, a n d c o mp a r e d w i th t h e fl e x u r a l b e a ti n g c a p a c i t y p r e s e n t e d i n r e f e r e n c e the o r e t i c a l v a l u e s
5、T h e r e s u l t s s h o w t h a t :t h e c o mp o n e n t wi t h h i g h d e f o r ma ti o n c a p a c i t y a n d g o o d l a t e b e a r i n g c a p a c i t y; o n the h o l l o w r a t i o 0 7 0 b e n d i n g b e a r i n g c a p a c i ty i s b e t t e r Ke y wo r d s : mo n o t o n e v e r t i
6、c a l l o a d s ; h o l l o w r a t e ; l a t e b e a ti n g c a p a c i t y 圆中空夹层钢管混凝土结构具有承载力高, 自重 轻、 塑性、 韧性好等优点 , 作为一种新型结构形式受 到国内外相关研究人员及工程设计人员的重视, 该结构 在运输管道、 隧道等工程中的应用较为广泛, 在工程实 际中得到较多的应用。韩林海等 对圆中空夹层钢管 混凝土构件的纯弯性能进行了一定的试验和理论研究 工作, 并取得一定的成果, 但由于圆中空夹层钢管混凝 土组合构件受力较复杂, 尚没有一套统一、 适用面广的 构造形式, 本文中通过运用有限元对
7、 9个不同空心率情 况下的圆中空夹层钢管混凝土构件抗弯承载力进行模 拟分析, 得出较为合理的截面空心率。 1 圆中空夹层钢管混凝土模型的尺寸选择 文中拟以空心率为变量, 对 9个圆中空夹层钢管 混凝土试件进行抗弯承载力有限元分析, 其中包括一 个实心圆钢管混凝土模型和一个空心钢管模型, 模型 内、 外管尺寸及钢管的壁厚等模型尺寸如表 1 所示。 2有限元计算模型的建立 ( 1 ) 材料的单元类型选择及本构关系。钢管材 料选用 S O L I D 4 5 单元模拟。 钢材为理想弹塑性模型, 在屈服点之前的性质接近理想的弹性体, 屈服点之后 的流幅接近理想的塑性体。 钢材 的弹性模量取 2 X 1
8、 0 MP a , 泊松比取 0 2 5 , 屈服强度 取为 2 3 5 MP a , 其 应力 一 应变关系采用双线性等向强化模型( B I S O ) , 如 图 1 所示 。 表 1 试件的内外钢管尺寸及壁厚 注: 空心率 =D ( D o一 2 0 ) , D 。 为内钢管的外直径, 为外 钢管的外直径, t 0 为外钢管的壁厚约束效应系数 =A A k , A A 分别为钢管和混凝土的横截面面积; 厂 v k 分别是钢管和混凝土 的屈服强度和抗压强度标准值。 基金项目 新疆维吾尔自 治区高等学校科研计划重点项 目 资助( X J E D U 2 0 1 0 1 1 0 ) ; 新疆大
9、学“ 天山学者” 讲座教授科研项 目资助 张栋等: 圆中空夹层钢管混凝土抗弯承载力分析 3 5 茗1 5 1 0 0 5 0 0 c 芒 薹 X 应变 1 o - 应变 x1 0 一 图l 钢材的应力一 应变曲线 图2 混凝土材料的应力一 应变曲线 混凝土材料采用 S O L I D 6 5单元模拟, 混凝土材料 的弹性模理取为 31 0 MP a , 泊松比取 0 2 , 标准抗压 强度 取为 2 0 1 , 对于混凝土材料的本构关系, 采用 h o g n e s t a d 模型 : ore 一 一 ( , 曲 or e = 曲 一 ( 孝 三 三 ) , 8 式中, =1 8 or 曲
10、 E c ; =o 0 0 3 8 ; or o a 为混凝土的 单轴受压强度, 应力 一应变曲线用多线性等向强化模型 ( M i s o ) 来定义, 其本构关系简化为多线段如图2 所示。 图3 模 型加载示意图 ( 2 ) 模型的单元划分和荷载施加。 模型假定: 模 型在变形过程中始终保持为平截面。 钢管与混凝土材 料完全协同工作 , 两种材料之间不产生相对的滑移, 并忽略剪力对构件变形 的影响。 构件网格划分采用扫 掠网格划分方式。 模型施加荷载方式采用 四分点加载 方式 , 如图3所示, 有限元模型单元划分后施加集中荷 载的有限元模型以及模型的断面图如图4所示。 3 有 限元计算结果分
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