带约束拉杆L形钢管混凝土轴压柱受力性能分析.pdf
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1、第 2 9卷第 4期 2 0 1 2年 l 2月 土木工程与管理学报 J o u r n a l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d Ma n a g e me n t Vf 1 1 29 No 4 De c 2 0l 2 带约束拉杆 L形钢管混凝土轴压柱受力性能分析 谭良斌, 刘 息, 朱勇杰, 杨哲光, 朱智俊 ( 湘潭大学a 土木 程与力学学院; b 流变力学研究所,湖南湘潭4 1 1 1 0 5 ) 摘要: 本文采用三维有限元分析软件 A N S Y S , 针对带约束拉杆 L形钢管混凝土轴压柱的受力性能, 以试验中 c 1 、 c 2试
2、件作为研究对象 , 建立 r三维有限元数值分析模型。其 中, 不考虑钢管与核心混凝土之间的滑移; 拉 杆与核心混凝土、 钢管之间的连接采用 _ 了 点耦合法; 为了避免应力集中, 在柱顶和柱底均设置刚性垫块。计算 结果表明, 该模型是合理的。利用该模型, 对影响带约束拉杆 L形钢管混凝土轴压柱受力性能的因素: 拉杆纵 问距、 拉杆横向问距 、 拉杆直径、 钢管壁厚和偏心距等, 进行了参数分析 , 为工程设 圾 应用提供了参考依据。 关键词: 约束拉杆 ; L形钢管混凝土柱; 承载力; 数值模拟 中图分类号 : T U 3 9 8 文献标识码 : A 文章编号 : 2 0 9 5 - 0 9 8
3、 5 ( 2 0 1 2 ) 0 4 - 0 0 7 0 - 0 5 M e c ha n i c a l Be ha v i o r Ana l y s i s o f L- S ha p e CFT Ax i a l Co mpr e s s i o n Co l u mn s wi t h Bi n di ng Ba r s T A N L i a n g b i n , L I U Z h o n g , Z HU Y o n g - i e , Y A N G Z h e g u a n g , Z H U Z h i j u n ( a C o l l e g e o f C i
4、v i l E n g i n e e r i n g a n d Me c h a n i c s ; b I n s t i t u t e o f R h e o l o g i c a l , X i a n g t a n U n i v e r s i t y , X i a n g t a n 4 1 1 1 0 5 ,C h i n a ) Ab s t r a c t : Ba s e d o n n ume r i c a l s i mu l a t i o n a n a l y s i s。L s ha p e CF T a x i a 1 c o mp r e s
5、s i o n e o l u n n l s wi t h b i n d i n g b a r s i s s t u d i e d i n t h i s p a p e r S p e c i m e n s C 1 、 C 2 w e r e t a k e n a s t h e r e s e a r c h o b j e c t A t h r e e d i me n s i o n a l fin i t e e l e me n t mo d e l wa s s e t u p b y ANS YS T he s l i p b e t we e n s t e
6、e l t u b e a n d c o r e c o n c r e t e w a s n o t c o n s i d e r e d , a n d t h e b o n d s o f s t e e l t u b e , c o r e c o n c r e t e a n d b i n d i n g b a r s w e r e j o i n t e d b y u s i n g o f n o d e c o up l i n gT h e c o l umn c a p a n d c o l u mn b a s e wa s s e t r i g
7、i d c u s hi o n t o a v o i d t h e s t r e s s c o n c e n t r a t i o n T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e s i mu l a t i o n mo d e l i s r e a s o n a b l e Th e p a r a me t e r a n a l y s i s i s me c h a n i c a l b e h a v i o r o n L s h a p e CF T a x i a l c o mp r e s s i o n c
8、o l u mn s wi t h bi n d i ng b a r s o f i n fl u e n c i n g f a c t o r s b y u s i n g t h e p r e s e n t e d mo d e : d i s t a n c e b e t we e n a n d d i a me t e r o f b i n d i n g b a r s ,wi d t h - t h i c k n e s s r a t i o a n d e c c e n t r i c i t y ,Th e r e s u l t s o b t a i
9、n e d i n t h i s s t u d y p r o v i d e s o me us e f u l r e f e r e n c e s f o r e n g i ne e r i n g d e s i g n a n d a p pl i c a t i o n Ke y wo r d s:b i n d i n g b a r s ;L s ha p e c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b e;b e a r i n g c a p a c i t y;n u me r i c a l s i mu l a t i
10、 o n 钢管混凝土受压柱 由于承载力高 、 延性好 、 抗 震性能佳等特点 , 近年来在土木工程 中被广泛应 用 。目前 , 国内外对钢管混凝土受压柱 的试验和 理论研究 , 主要集中在圆形 、 方形和矩形等截面形 式上 , 对 L形等其它异形钢管混凝 土受压柱 的研究还不多见 。 L形钢管混凝土柱是指将混凝土填入 L形钢 管内而形成的组合结构 , 在 L形钢管混凝土受压 柱 中, 由于钢管壁各边 中部对核心混凝土 的约束 作用小 。因此 , 在这些部位设置具有约束钢板横 向变形作用的水平拉杆 , 有助于提高钢管对核心 混凝土的约束效应 , 改善构件的受力性能 1 0 , 1 1。 1 有
11、限元分析模型 1 1 试验概 述 针对带约束拉杆 L形钢管混凝 土轴压短柱 的受力性能 , 蔡健等人进行 了大量的试验 , 研 收稿 日期 : 2 0 1 2 - 0 2 1 3 修回 日期 : 2 0 1 2 4 ) 3 - 2 0 作者简介 :谭 良破 ( 1 9 8 4 ) , 男 ( 侗族 ) , 湖 南芷江人 , 硕士研究生 , 研 究方 向为结构 1 程 ( E ma i l : 4 1 0 7 4 1 4 1 3 q q c o m ) 7 2 土木工程 I j 管理学报 2 0 1 2年 比较结果表 明, 有限元计算结果和试验结果基本 吻合 , 说明本文所建立的带约束拉杆 L形
12、钢管混 凝土轴压短柱有 限元模型是有效的。 表 2 极限承载力的对 比 在达到极限荷载前 , 试件 c 2中, 约束拉杆 的 应变较小 , 第一排 和第三排的拉杆基本处 于弹性 工作阶段 , 在接近极限荷载时 , 第三排拉杆的应变 发展迅速 , 很快达到屈服 , 说 明第三拉杆对钢管壁 的约束作用明显 , 而第一排拉杆并没有达到屈服 , 如 图 4所示 图4 荷载 一 拉杆应变的关系曲线 试件 c 1 , 在接近极 限荷载时 , 试件 阳角边钢 管壁的侧向应变大于 阴角边钢管壁 的侧向应变 , 如图 5 ( a ) 所示 , 说明阳角边 的钢管壁对核心混凝 O 00l o 0 02 侧 向应
13、变 ( a 1 试 件c1 o O O1 o 0 02 o 00 3 o 00 4 侧 向 平 均 府 变 ( b ) 试 4 1 :c2 荷载 一钢管侧向应变的关系曲线 土的约束大于阴角边。由于约束拉杆 的作用 , 试 件 c 2 , 在接近极 限荷载时 , 阴角边钢管壁 的侧 向 应变大于阳角边钢管壁的侧向应变 , 如图 5 ( b ) 所 示。与试件 c 1相 比, 钢管壁 的侧 向平 均应变均 增加 , 说明约束拉杆使极限承载力对应的峰值应 变增加。 从开始加载至破坏, 试 件 C 2横截面 n 6线上 ( 如图6所示) , 轴向应 变在柱高和柱高处 , 基本 上都呈线性变化 , 如图
14、7所示。因此, 构件横截面 平均应变满足平截面假定 。在加载过程 中, 当荷 载达到极限荷 载的 8 0 左 右时 , 钢管屈服 , 而混 凝土没有达到峰值应变 。 阳 角 边X 图 6 截 面加载位置 0 01 0 一 O 00 8 O 00 6一O 0 04 0 0 02 0 00 0 z f a 1 1 2 柱高截面 0 O08 0 00 6 0 00 4 0 00 2 0 0 0 0 Sz f b )1 4 柱高截 图 7 沿 o 6 线的节点荷载一 纵向应变图 3 参数分析 本文以 C 2柱为参考 , 对带约束拉杆 L形柱 , g 恒 随 糍 瘿 0 量 恒 梧 窝 o O 0 0
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