钢管约束混凝土节点承载力有限元分析.pdf
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1、马忠吉等: 钢管约束混凝土节点承载力有限元分析 3 3 钢管约束混凝土节点承载力有限元分析 马忠吉 , ( 1 哈尔滨工业大学建筑设计研 究院 , 哈尔滨1 5 0 0 9 0; 韩素滨 2 黑龙江省新建监狱工程设计科 哈尔滨1 5 0 0 6 9 ) 【 摘要l 结合哈尔滨科技大厦初步设计结果 , 通过合理选取材料的本构模型, 利用大型通用有限元软件 A B A Q U S 对钢管约束钢筋混凝土短柱与节点的设计承载能力进行了分析计算。着重研究了钢管约束钢筋混凝土 节点小偏压情况下, 钢管对节点承载能力和延性的影响。在此基础上 , 可进一步采用 A B A Q U S 软件对钢管约束钢 筋混凝
2、土节点的小偏压力学性能与工作机理进行深入分析。文中得出的结论可为相关、 施工提供参考。 【 关键词1 钢管约束钢筋混凝土; 非线性有限元分析; 设计承载力 【 中图分类号】 T U 3 1 1 4 l 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 3 3 0 3 0 引言 哈尔滨科技大厦采用了一种新型结构形式 一钢 管约束钢筋混凝土结构( T u b e d c o l u m n ) I t 。钢管约束 混凝土结构拥有 良好的力学性能以及施工方便的优 点, 是一种很有发展前景的新型结构。在哈尔滨科技 大厦中, 由于楼面为钢筋混凝
3、土, 因此框架柱采用钢管 约束混凝土柱, 不仅梁柱节点连接方便, 而且由于在柱 外可不设防火保护层, 仅作防腐处理, 具有良好的经济 效益幢 。作为一种新型组合结构, 钢管约束混凝土 短柱及其节点承载能力是否满足设计要求是结构安 全的必要条件。由于钢管对普通钢筋混凝土柱的轴压 承载力有一定程度的提高, 其节点承载力是否等于或 高于短柱承载能力, 能否满足强节点、 弱构件的要求, 是工程界非常关心的问题。 近年来, 有限元法在钢筋混凝土结构、 组合结构的 分析中得到了越来越广泛的应用 , 同时也证明了有限 元方法是有效的, 运用有限元法可以得到试验很难获 取的一些重要的结构反应信息。A B A
4、Q U S 是 目前功能 最强的有限元分析软件之一, 其优异的分析能力使其 在土木工程中得到了大量成功的应用。因此文中采用 A B A Q U S来分析哈尔滨科技大厦钢管约束混凝土节点 的力学性能 。 1 有限元计算模型 1 1 模型设计 文中依据哈尔滨科技大厦的初步设计结果, 设计 了一组钢管约束钢筋混凝土短柱( T R C ) 、 钢筋混凝土 节点( J nR C) 和钢管约束钢筋混凝土节点( J D T R C ) 的小偏压承载能力有限元分析 , 根据初步设计结 果 , 所有试件沿 l , 向偏心距为 3 7 m m, 属于小偏心受压 构件。T R C短柱和钢筋混凝土节点柱 的形式与配筋
5、 完全相同。图 1 所示为钢筋混凝土对比试件和钢管约 束钢筋混凝土柱的截面形式。钢管约束钢筋混凝土柱 截面尺寸为9 0 0 ra m x 9 0 0 ra m, 试件高度为2 7 0 0 m m。所 有试件柱纵筋配置为 2 8 B 2 8 , 纵筋配筋率为 1 3 7 。 J D试件高度 3 3 0 0 m m, 梁截面为 5 0 0 ra m1 5 0 0 ra m, 沿 柱边各伸出1 5 0 0 m m, 节点核心区箍筋为 A 1 2 1 0 0 , 箍 筋体积配箍率为0 4 5 。 1 2 材料本构关系 混凝土的受压应力应变曲线采用了过镇海 等 建立的应力应变曲线, 该曲线较好的模拟了混
6、凝土受 4结 语 ( 1 ) 抗剪试验表明接缝混凝土的剪切模量 比整 体截面混凝土的剪切模量降低 5倍。 ( 2 ) 抗弯试验表明接缝混凝土的弹性模量降低 5 0 , 并且由于接缝的存在使得结构的整体抗弯刚度 比一次性浇注的整体结构抗弯刚度降低 5 0 。 ( 3 ) 计算结果表明, 接缝的连接刚度对桥梁的 长期挠度影响显著, 由于接缝的连接导致的长期挠度 增量为 5 0 , 因此在设计和施工中必须对接缝给予足 够的重视, 并对接缝有针对性的设计和施工措施。 参考文献 1 W e i Z h a n g , Z o n g l i n Wa n g , a n d F a d h i ll N
7、 a s e r A l i S h e a r S t i ff n e s s o f S e g me n t a l J o i n t s i n Ca n t i l e v e r C a s t i n g C o n c r e t e Brid g e s Ad v a n c e d Ma t e ri a l s Re a r c h, 2 0 1 1 , 2 5 02 5 3: 2 4 6 0 2 张巍, 王宗林 F l e x u r a l fi d i t y o f s e g m e n t a l j o i n t s i n c a n t i l e
8、 v e r c a s t i n g c o n c r e t e b r i d g e s c 2 0 1 1 I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e O n Re mo t e S e n s i n g, E n v i r o n me n t a n d T r a n s p o r t a t i o n En g i n e e ri n g, RS ET E 2 0l l。 3: 21 8 7 收稿 日期 2 0 1 1 一 I I l 4 作者简介】 张巍( 1 9 8 0一) , 男, 长春人, 博士生, 从事桥
9、梁 工程专业。 低温建筑技术 2 0 1 2年第 1 期( 总第 1 6 3期) 压过程的基本特征, 适用于钢筋混凝土结构的非线性 有限元分析。受拉段的曲线采用双线性关系式, 达到 峰值应力前, 为线性增长。在下降段, 为线性下降, 考 虑了钢筋混凝土的受拉硬化效应。极限拉应力取为 0 0 。 为抗拉强度。最终采用的混凝土单轴应力 一 应变关系表达式如下 : 受压上升段: 当 1时, Y = +( 32 ) + ( 一 2 ) x 。 下降段 : 当 时, , , = 其中, =6 6 。 , Y= , 0 t = 2 4 0 0 1 2 5 f * , d = 0 1 5 7 ( f * )
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