2022年分析循環(huán)荷載作用下鋼骨鋼管混凝土柱

1、分析循環(huán)荷載作用下鋼骨鋼管混凝土柱SRCFST許昌，魏有儀B，燕春云B摘要 一種新的復合柱形，鋼筋鋼管混凝土柱鋼SRCFST已經(jīng)提出了更高的負載進展。本文提出了一種循環(huán)數(shù)值研究軸SRCFST列的基于ABAQUS標準求解。通過與實驗結果的比擬，驗證了數(shù)值計算方法的可行性和準確性。這個橫向位移，載荷曲線和截面應力分布進展了分析。結果說明，在SRCFST列有更高的試件剛度、橫向載荷峰值和變形能力比普通鋼管混凝土鋼管混凝土柱由于截面鋼的存在。一個參數(shù)研究，包括軸向載荷水平，截面鋼的比例，屈服強度的影響建筑鋼材，峰值荷載混凝土強度、鋼管厚度進展了。1. 簡介 在過去的幾十年中，鋼管混凝土鋼管混凝土構造被

2、廣泛應用于現(xiàn)代建筑和橋梁建立1 3 ，即使在高地震危險區(qū)。這個C復合構造的理想結合了鋼管和混凝土的優(yōu)點，即建立和高強度的速度。此外，它們具有更輕的重量，更高的抗彎剛度，和良好的循環(huán)性能比鋼筋混凝土施工。近年來，一個大的構造或一組構造出現(xiàn)在中國和其他一些地方。隨著跨度的增加一列的橫截面和高度，往往設計更大，以提供更高的承載能力。例如，鋼管混凝土柱在深圳賽博廣場直徑到達第一的故事1600毫米。這樣一個大面積的列結果在減少有用的室內(nèi)面積。鋼骨混凝土SRC構造的成員是由混凝土、型鋼、縱向鋼筋和橫向鋼筋組成。他們被廣泛使用，由于他們的優(yōu)勢，在長期高截面強度。然而，這是一個非常復雜的過程。一種新的復合柱形

3、，鋼筋鋼管混凝土柱鋼SRCFST，最近已經(jīng)提出4,5。新的列由一個鋼筋混凝土內(nèi)和一個圣鰻魚管外，如圖1所示。本組合柱和外鋼管均采用無鋼筋的使用，使混凝土和節(jié)鋼共同作用。這個新的列是一個結合的型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱的優(yōu)點，從而實現(xiàn)一個高性能的構造件?，F(xiàn)有的研究主要集中在力學性能SRCFST列在軸向荷載作用下或是在理論分析和試驗 4 7彎。與田人的研究比擬上述，較少的實驗研究已經(jīng)進展了在SRCFST列行為循環(huán)加載 8 下。為了給這些新列的進一步認識，在這方面的奉獻，ABAQUS/Standard求解器來了解和預測在循環(huán)LO SRCFST列電阻增加。通過比擬五個測試樣本的實驗觀察的計算結果進展驗

4、證的數(shù)值方法。參數(shù)化研究，包括厚度鋼管、型鋼鋼比、型鋼和混凝土強度，屈服強度，也進展了。2. 數(shù)值模擬2.1. 材料的性能鋼是假定為彈性應變硬化后屈服強度的彈塑性材料。米塞斯屈服面是用來定義各向同性屈服的鋼材料和模型假定相關的塑性流動。為了描述鋼在循環(huán)荷載作用下的行為，采用線性運動硬化模型對組合柱進展建模。鋼性能的SP指定在ABAQUS包括鋼的楊氏模量ES，泊松比LS和屈服強度。采用1%種屈服后的硬化剛度。用于分析 9 定義標準ABAQUS損傷塑性模型。通過采用有限元法，在三軸加載的狀態(tài)下的強度改善，可以實現(xiàn)由的屈服面和塑性行為的定義，描述來自核心混凝土的等效應力應變關系。許多應力-應變模型已

5、經(jīng)提出了 13 - 10。廣泛承受的等效應力-應變模型，提出的韓等。 14 是在本文中使用的，這是基于大量的測試結果。由于該模型已被完全記錄的韓等。 14 ，所以我們只簡要介紹如下：泊松比LC在混凝土單軸壓縮應力下的彈性局部，范圍從0.15到0.22，與0.19的代表值，根據(jù)ASCE 15 。在這個數(shù)值模擬，泊松比的混凝土是0.19。的其它參數(shù)，如膨脹角，偏心率，雙軸壓縮強度的混凝土的單軸抗壓強度，類風濕關節(jié)炎TiO第二應力不變量對拉伸經(jīng)絡，經(jīng)絡和壓縮粘度參數(shù)通過ABAQUS 9 默認。對于混凝土在循環(huán)荷載作用下，對混凝土塑性模型中的拉伸行為進展了定義。混凝土核心的等效應力-應變關系用過 16

6、 提出的張力：2.2. 有限元網(wǎng)格和邊界條件三維八節(jié)點線性磚和沙漏控制實體單元縮減積分C3D8R已被證明可用于混凝土混凝土 171最有效的元素類型9】鋼管、殼單元和實體單元在前人研究工作 14、17 采用。在本文中，元素的C3D8R還用于鋼管和型鋼對EAS模型設置。建立了一系列不同尺寸的有限元模型，選擇合理的網(wǎng)格，提供準確的結果，較小的計算時間。它被發(fā)現(xiàn)，一個網(wǎng)格尺寸為20毫米的混凝土芯適宜。鋼管和截面鋼的網(wǎng)格尺寸為18毫米。圖8給出了試驗裝置示意圖 2 。圖3顯示核心混凝土的單元劃分示意圖圖3A，型鋼圖3b鋼管圖3C，和組合柱圖3d，只有半個柱模型由于復合柱的對稱性。外表的相互作用是用來表示

7、的鋼管和混凝土之間的接觸。2外表的法線方向是硬接觸，并且接觸面是模擬的庫侖摩擦模型?；炷梁弯摴苤g的硬接觸可以防止外表之間的別離。選擇的摩擦系數(shù)是困難的，因為沒有標準測試程序，以確定它。根據(jù)現(xiàn)有的研究 19 - 14 ，在軸向壓縮下的鋼管混凝土柱的摩擦系數(shù)為0.5至0.3。在本文中，不同從0.1到0.7不等的摩擦系數(shù)進展了選擇，以探討其對柱的行為的影響。結果說明，摩擦系數(shù)在柱行為中起著不小的作用。一個有限收斂問題誘導時的摩擦系數(shù)大于0.8。因此，摩擦系數(shù)為0.6，建議實現(xiàn)快速收斂。 “嵌入約束中定義的區(qū)域用ABAQUS有限元軟件描述接觸之間的混凝土和鋼。圖3所示的邊界條件，第一應用于彈性模量

8、為1010兆帕的彈性模量和泊松比為0.0001和保持恒定在整個計算過程的中間線。水平位移中線的彈性端板也固定。在指定的位移，使用邊界條件下，在一個指定的位移在柱中高度的對稱平面的水平荷載施加的應用不同的增量步。2.3. 模型的驗證為了驗證數(shù)值模型的準確性，在前面的章節(jié)中所描述的復合材料列，五先前公布的測試樣本 8 用于比擬的目的。這些五的種類可分為兩組12和hc14根據(jù)型鋼截面面積。在每個試樣組，軸向載荷水平范圍從0.5到0.66。幾何與配偶所有試樣材料參數(shù)列于表1。在這張桌子上，再生率和FY2為鋼管的屈服強度和型鋼，分別。風機盤管是有限的立方體強度混凝土。應該注意的是，“+鋼是由2個'

9、;I'鋼在測試中。在測試中使用了2種類型的“I鋼。圖4給出了計算循環(huán)荷載的比擬P與側梁檢驗曲線與試驗曲線?？梢园l(fā)現(xiàn)，一般良好的協(xié)議之間的預測和測試結果。這證實了目前的數(shù)值模型，可以使用TH的信心來模擬循環(huán)荷載作用下在SRCFST列的行為。3.分析和討論3.1. 完整的曲線分析 復合材料柱的計算循環(huán)荷載P與側向撓度曲線大致可以表現(xiàn)為四個不同的過程、加載、卸載、反向加載和反向加載卸載過程，如圖5所示。計算條件在表2中列出。典型的磷的包絡曲線圖6?？梢钥闯觯j線由三天組成不同階段、彈性階段、彈塑性階段和峰后階段。(1) 彈性階段：從0點到1點。在這個階段中，對后來的位移曲線的負載顯示線性行

10、為。鋼管和節(jié)鋼是在彈性階段。作為完畢的增加位移，鋼管屈服點1。(2) 彈塑性階段：從1點到2點。試樣的剛度偏離其初始值，響應變?yōu)榉蔷€性。圖7顯示了縱向的分布應力S33中圖在截面曲線在到達點1和點2。發(fā)現(xiàn)在受壓區(qū)的鋼管開場屈服首先后來位移反響對1點。壓縮區(qū)混凝土的應力超過了鋼管的約束強度。截面應力和截面的受壓區(qū)鋼低于鋼管。對于節(jié)鋼，沒有發(fā)生在點1。隨著側向位移的增加，鋼管的屈服區(qū)域和拉伸強度都有混凝土芯的增加和曲線剛度逐漸減小。截面鋼的應力也增大。當曲線到達2點時，鋼的屈服發(fā)生。點3指的是復合柱的峰值側向荷載。(3) 峰后階段：曲線下降3點。3.2. 型鋼分析型鋼的存在是一個特殊字符SRCFST

11、柱和顯著的差異，相對于普通鋼管混凝土鋼管混凝土柱。因此，鋼的作用是在本節(jié)中詳細討論。還模擬了鋼管混凝土柱的目的。它的材料和幾何參數(shù)是一樣SRCFST列。圖8顯示的縱向應力分布S33中圖在截面的混凝土芯的兩方鋼管混凝土柱與SRCFST列當鋼管壓區(qū)到達屈服強度指圖6所示的點1。從這些數(shù)字可以發(fā)現(xiàn)，一般來說，在鋼管混凝土柱的混凝土截面受拉區(qū)大致等于SRCFST柱。然而，在SRCFST柱混凝土截面受拉區(qū)低于鋼管混凝土柱時，曲線到達3點。這是因為該節(jié)鋼可以容納外部負載防止拉伸帶的進一步擴大。它也可以發(fā)現(xiàn)最高的縱向應力S33中圖在混凝土芯的截面為SRCFST列中心附近。對于鋼管混凝土柱，最長在混凝土芯的截

12、面縱向應力接近柱的受壓翼緣，如圖8所示。這有助于該節(jié)鋼的法蘭可以提供一些圍壓效應。因此，在SRCFST列具有明顯較高的比剛度和屈服強度的鋼管混凝土柱，如圖9所示。3.3. 參數(shù)的研究影響在SRCFST列行為的可能的參數(shù)是軸向負荷水平N，型鋼比A、型鋼的屈服強度FY2，鋼管的厚度t和混凝土等強度FCK。在實驗中，只有五個樣本進展測試。為了進一步理解這樣的復合柱的力學性能，這些參數(shù)的影響進展了分析。3.3.1. 截面鋼的影響在本文中，節(jié)鋼的比例甲被定義為如下：計算P包絡曲線在SRCFST列有不同比例的鋼呈現(xiàn)在圖9。的值范圍從0.03到0.13，根據(jù)可用的測試數(shù)據(jù)。超視距與表2中所列的參數(shù)一樣。在數(shù)

13、值模型中，值的范圍從0到0.2。當鋼的比例是零，試樣是常見的CFST柱?？梢钥闯?，增加的值的一個線索，在峰值橫向載荷和試樣剛度的增加。在峰值負載的相應的橫向位移也增加增加一個，如圖10所示。雙組試樣的不同比例的鋼= 0.1和= 0.01為藍本，在每個組中，屈服強度的節(jié)鋼范圍從235兆帕至450兆帕。其他參數(shù)和表2所列的一樣。圖11節(jié)鋼的屈服強度對峰值荷載的影響?？梢园l(fā)現(xiàn)，較高的型鋼屈服強度增加的結果根據(jù)頂峰負荷。我們可以從圖11，當FY2 235 MPa，峰值荷載為40 kN的差異。不同的是119千牛FY2當MPa。這有助于使截面的屈服強度對鋼有較高的價值，可為試樣的峰值載荷奉獻更多。3.3.

14、2. 軸向載荷水平的影響 為了研究軸向載荷水平的影響，我們選擇了0個不同的軸向載荷水平，0.3，0.8，0.5，0.6和五，設置模型，同時保持在表2中列出的其他參數(shù)常數(shù)。計算PD包絡曲線的不同軸向負荷水平SRCFST列如圖12所示。可以發(fā)現(xiàn)，這些試樣的行為類似于線性階段。然而，這些曲線在非線性階段有明顯的剛度差異。較高的軸向負荷水平會導致較低的剛度。當斧子產(chǎn)生后，橫向載荷逐漸減小特殊荷載水平超過0.3的價值。在峰值側向荷載作用下的相應的橫向位移分別n = 0, 0.3, 0.5, 0.6 and 0.8 are 20.1, 18.4, 15.7 and 10.3 mm,。這有助于更高的軸向負荷

15、水平也降低了試樣的變形。3.3.3. 混凝土強度的影響 圖13中所示的混凝土強度對峰值側向荷載的影響?；炷翉姸确秶鷱?0兆帕至70兆帕。從圖13可以看出，峰值荷載隨混凝土強度的增加而增加。3.3.4. 鋼管厚度的影響在這一節(jié)中，鋼管的厚度是可變的，其他的參數(shù)與表2中所列的一樣。計算峰值負荷與管壁厚度增加了圖14。說明較高的鋼管壁厚會導致較高的峰值荷載。4. 結論 在循環(huán)加載SRCFST列的力學性能是通過ABAQUS求解器研究。通過比照驗證了數(shù)值計算方法的可行性和準確性計算結果與實驗結果。在本研究工作的根底上，得出以下結論。（1） 本節(jié)鋼的存在可進展橫向荷載，減少混凝土截面的拉伸帶。因此，在S

16、RCFST列有比擬高的剛度和橫向載荷峰值即使有一樣的幾何和材料參數(shù)，他共同的鋼管混凝土柱。型鋼也可以提升一個SRCFST柱的變形能力。(2) 本節(jié)鋼的法蘭也可以提供一些圍壓作用于混凝土內(nèi)部。最高的縱向應力混凝土截面SRCFST列在本節(jié)法蘭鋼。(3) 該參數(shù)也進展了研究，分析型鋼比的影響，型鋼的屈服強度，軸向負荷水平，鋼管和混凝土強度對峰頂厚度對L加載SRCFST列。致謝本文的研究報告是由河南省重點學科基金資助編號：504906和河南理工大學博士基金b2021-2。金融支持高度贊賞。我們也很感謝審稿人提供的建議和意見，為稿件修訂。參考文獻1 Ehab Ellobody, Ben Young. D

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