型钢混凝土异形柱有限元建模研究.pdf
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1、l 66 铁道建筑 Ra i l wa y Eng i n e e r i ng 文章 编号 : 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 3 ) 0 4 0 1 6 6 0 3 型钢混凝土异形柱有 限元建模研 究 侯 卫 , 郝 丽 , 周雪峰 ( 1 西安工业大学 建筑工程学院 , 陕西 西安7 1 0 0 3 2 ; 2 中联西北工程设计研究院 , 陕西 西安7 1 0 0 3 2 ) 摘要 : 采用 A N S Y S软件对型钢混凝土异形柱试件的受力性能进行 了非线性有限元数值分析 , 对型钢混 凝 土结构数值模拟 中混凝土和钢材模型的定义、 有限元建模、 钢筋单元生成及后处理等
2、关键技术进行 系 统研究, 提 出了一种快速建立型钢混凝 土异形柱有限元模型的方法, 以避免 ME S H过程 中产 生的单元 不共用节点、 划分 网格错误等所带来的模型不收敛。模 型应用表 明, 型钢、 纵筋、 箍筋以及混凝土单元应 力 、 应 变分 布及发展 过 程数值 模拟 结果 与理论 分析 结果 吻合 较好 。 关键 词 : 型钢混凝 土 异形 柱有限元 分析 中图分类 号 : T U 5 0 2 6 ; T U 5 2 8 5 7 1 文献标 识码 : A D O I : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 3 1 9 9 5 2 0 1 3 0 4 5 1 把
3、柱的截面设计成“ L ” , “ rr 及“+” 字形 , 使填充 墙与柱肢同厚 , 形成异形柱体系, 柱处不出现凸出的棱 角 , 可显著提高空间利用率。普通钢筋混凝土异形柱 虽然具有建筑功能以及美学的优越性 , 但是 由于其轴 压比限制低 , 抗震能力差 , 施工复杂 , 并且难以保证节 点处 施 工质量 , 很 难在 工 程 中 推广 。型钢 混 凝 土 由 于 在截面中配置 了型钢 , 可使构件 承载力、 刚度显著提 高 , 能够 广泛 应用 于高层 建筑 , 并且 型钢混 凝土具 有很 好 的延 性 和耗能 能力 , 适 于地 震 区应用 。 我 国现 有 的型钢 混 凝土 结 构 设
4、计 规 程 尚不完 善 , 计算理论还存在较多简化。因此 , 为较准确了解型钢 混凝土结构构件受力性能, 需要通过大量试验和有限 元数值模拟进行结构分析。试验虽然不可替代 , 但是 由于其成本高 , 周期长 , 并不能大规模地进行 , 因此 , 本 文采 用 A N S Y S对 型钢 混 凝 土 异形 柱 进 行 有 限元 数 值 模拟分析 , 并且与试验数据进行对 比, 以验证数值分析 的可行性 与准确 性 。 目前型钢混凝土的有限元分析还不完善 , 尤其是 型钢 混凝 土异形 柱这 种截 面形式 不规 则 、 配 钢复杂 、 构 件单元类型多。大部分文献仅给出了它的整体式实体 建模 ,
5、虽然也能够模拟构件, 但是建模复杂、 划分网格 复杂并且不容易收敛。本文提出一种快速建立分离式 有限元模型的方法 , 经验证能够较好地与试验结果相 吻合 。 收稿 日期 : 2 0 1 2 - 1 2 - 2 0 ; 修 回日期 : 2 0 1 3 0 l l 6 基金项目: 陕西省科学技术研究发展 计划项 目( 2 0 1 0 K 0 7 0 7 3) ; 西安 工 业大学校 长基金( X A G D X J J 0 6 0 2 6 ) 作者简介 : 侯卫 ( 1 9 7 5 一 ) , 男 , 陕西西安人 , 讲师 , 硕士 。 1 型钢混凝土异形柱构 件参数 本文 所采 用 的型钢混凝
6、土异形 柱试件 的加 载方式 及 纵 向尺寸见 图 1 , 试 件 截 面见 图 2 , 截 面 各部 分 尺 寸 和含钢 率见 表 1 。 图 1 柱试件 加载示意 ( 单位 : m l n ) I - - _ 广 : l l r 铁丝5 O I Y 6 ,:5O =5O 余同 图 2 L T截 面配 T形钢( 单位 : m m) r 2 0 1 3年第 4期 侯卫等 : 型钢混凝土异形柱有限元建模研究 1 6 7 表 1 型钢混凝土异形柱的截面 尺寸 混凝土强度等级采用 C 3 0; 翼缘型钢屈服强度为 3 8 5 MP a , 极限强度为 5 6 5 MP a ; 腹板型钢屈服强度为 2
7、 9 0 MP a , 极限强度为 4 3 5 MP a ; 纵筋和箍筋 的强度分 别 为 3 6 0和 2 4 5 MP a 。 2 AN S Y S分析模 型 型钢混凝土异形柱建模 时, 由于截面形状不规则 , 并 且构件 中含有 纵 向钢 筋 、 箍 筋 、 不 同形 式 的 型 钢 、 具 有离散性质的混凝土等多种材料 , 加载后容 易出现不 收敛 , 所 以, 在建模之前应对单元类 型、 材料参数等进 行 全 面分析 。 2 1单元模 型 2 1 1混凝 土单 元 混凝土采用 A N S Y S单元 库 自带 的八结点六面体 单元即 S o l i d 6 5单元 。每个节点有 3个
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