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《螺栓連接鋼管混凝土節(jié)點及框架力學分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、低溫建筑技術2015年第12期(總第210期)DOI：10．13905／j．cnki．dwjz．2015．12．032螺栓連接鋼管混凝土節(jié)點及框架力學分析高升，王穎(沈陽工業(yè)大學建筑與土木工程學院。沈陽110870)【摘要】利用有限元軟件ABAQUS對螺栓連接的鋼管混凝土節(jié)點和單層單跨框架進行有限元計算研究。確保鋼管混凝土在ABAQUS中建立模型的正確性，本文首先對鋼管混凝土梁柱節(jié)點進行了模擬，并與其試驗相對比，以確保材料的本構模型、計算模型、接觸面定義等基本參數(shù)輸入的正確性；在此基礎上，利用ABAQUS對螺栓連接的單層單跨鋼管混凝土框架進行單調(diào)加載與循環(huán)加載，通過分
2、析鋼管混凝土框架梁端的荷載一位移曲線，闡明鋼管混凝土框架力學性能。【關鍵詞】節(jié)點；框架；有限元分析；軸壓比；力學性能【中圖分類號】TU375．4【文獻標識碼】B【文章編號】1001—6864(2015)12—0090—03鋼管混凝土能適應現(xiàn)代工程結構大跨、高聳、重載206×10MPa。由于螺栓是10．9級的高強螺栓，其發(fā)展和承受惡劣條件的需要，符合現(xiàn)代施工技術和工本構關系采用了三折線模型，強化段的模量取業(yè)化要求，因此正在被越來越廣泛的應用。這種結0．01E，E為鋼材的彈性模量；鋼管和法蘭板的應力構能夠充分發(fā)揮鋼材和混凝土各自的優(yōu)點。本文所研一應變曲線采用三線模型，如圖
3、1所示。此模型雖然究的螺栓連接鋼管混凝土結構，鋼管是通過螺栓和法簡化了二次塑流模型五階段曲線應力一應變的過蘭板施加預緊力連接在一起，然后澆筑自密實混凝土程，但由于鋼材Q235延性比較好，三折線模型還是能所形成的結構。在設計構件時遵循“強柱弱梁，強節(jié)很好地反映鋼材應力一應變過程。點弱構件”的原則，鋼材采用Q235低碳鋼，混凝土采(2)混凝土本構關系。由于鋼管的約束作用，用c3o，螺栓采用了lO．9級的高強螺栓。通過對梁柱混凝土處于三向受壓狀態(tài)，所以選用考慮混凝土塑性截面的線剛度的控制，在梁破壞時，柱未發(fā)生破壞，螺體積膨脹的DruckerPrager計算模型，膨脹角可人為
4、指栓處于彈性階段。定為24．4。本文定義彈性段時需首先確定彈性極1有限元模型建立限點=1／3fc，關于定義混凝土應力一應變關
5、系，本文選用了劉威所提出的應力一應變關系。(3)構件尺寸、接觸定義和網(wǎng)格劃分。節(jié)點在ABAQUS中輸人的尺寸是根據(jù)試驗確定的，鋼管厚度均為6mm，柱的截面尺寸為：250mm×250mm，梁的截面尺寸為：150mm×250mm。節(jié)點高1564mm，寬1414mm，如圖2所示；框架尺寸為：柱高1534mm，梁長01124mm，如圖3所示。本文的接觸在法向均采用硬接觸；切向混凝土與鋼材的摩擦系數(shù)設為0．6，鋼材與圖1鋼材的三折線模型鋼材的摩擦系數(shù)設為
6、0．2。模型中鋼管選用殼單元(1)鋼材本構關系。鋼材的彈性模量均取(S4R)，其它均選用實體單元(C3D8R)。圖2節(jié)點模型圖3框架模型圖4節(jié)點循環(huán)加載控制高升等：螺栓連接鋼管混凝士節(jié)點及框架力學分析91(4)加載方式及邊界條件定義。節(jié)點與框架均0．3，在梁端施加低周期循環(huán)荷載，通過ABAQUS有限在梁端進行加載，節(jié)點在梁端施加豎向荷載，框架在梁元模擬計算，把節(jié)點模擬的滯回曲線、骨架曲線和破壞端施加水平荷載；節(jié)點與框架的循環(huán)加載，采用圖4的現(xiàn)象等與試驗對比分析。加載方式；框架的單調(diào)荷載的作用，采用位移加載方(1)梁端荷載一位移滯回曲線的對比。滯回曲式。對于節(jié)點模型，柱
7、底除垂直于梁柱平面的角位移線能夠反映構件在往復荷載作用下的力學性能，是衡外其方向的自由度全部約束，柱頂除豎向和垂直于梁量抗震性能的重要指標。如圖5、圖6所示，試驗與模柱平面的角位移不外其余自由度均約束，梁端不添加擬的的結果對比，荷載一位移曲線可以看出試驗與模任何約束；框架的模擬，柱底全約束，柱頂除沿梁方擬的峰值點雖有所偏差，但相差不大。模擬與試驗的向的線位移外其余均約束，梁端不添加任何約束]。偏差，主要是由于實際試驗事件的鋼管存在焊縫，在焊2節(jié)點有限元模擬結果與試驗的對比分析縫處力學性能不穩(wěn)定造成的。鋼管混凝土梁柱節(jié)點模擬，參照試驗，軸壓比選取飼f霉／14：N30oE
8、。．卜麓圖5試驗獲得的滯回曲線圖6有限元模擬獲得的滯回曲線(2)骨架曲線的對比。骨架曲線是連接各次循(1)不同軸壓比下的梁端水平荷載一水平位移環(huán)加載峰值點的曲線。如圖7所示，模擬與試驗的曲線。軸壓比是指施加在柱頂軸壓力值與柱可承載的骨架曲線在第一象限十分相近，在第三限略有偏差，不極限壓力值的比值，如圖8所示，鋼管混凝土框架隨著過均在允許的范圍之內(nèi)。這是由于模擬為理論計算，軸壓比增大，其水平承載力反而會減小，強化階段的剛而在實際構件中，由于有焊縫的存在，會降低構件的承度也會減小。當軸壓比小于0．3時，軸壓比的改變，對載力，同時，試驗的器具、環(huán)境以及人的
