方鋼管混凝土軸壓短柱非線性有限元分析.pdf

1、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有強度高、質(zhì)量輕、延性好、耐疲勞、耐沖擊等優(yōu)越的力學性能，因而它在高層結(jié)構(gòu)中得到越來越廣泛的應用。但是目前的理論研究大都偏重于圓鋼管混凝土柱，對方鋼管混凝土柱的理論分析較少，設(shè)計計算方法還不成熟，因此，有必要對方鋼管混凝土柱的有限元模型和設(shè)計理論進行研究。 本文在以往有關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，采用有限元分析方法對方鋼管混凝土構(gòu)件在軸壓受力狀態(tài)下的工作機理進行研究，并著重討論試驗中難以測定的鋼管和核心混凝土縱向應力-應

2、變關(guān)系曲線，為工程上廣泛使用這種結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)。具體進行了以下幾個方面的工作: (1)建立方鋼管混凝土柱的三維非線性有限元分析模型，選取出適合的鋼管和核心混凝土本構(gòu)關(guān)系模型，其核心混凝土采用ABAQUS提供的塑性損傷模型，使用修正的Drucker-Prager屈服準則和非相關(guān)流動法則來描述混凝土在低圍壓下的脆性損傷及高圍壓下的塑性流動兩種主要變形機制。鋼管采用ABAQUS提供的等向彈塑性模型，使用Von Mises屈服準則和相

3、關(guān)流動法則來描述其塑性變形；在模型中，考慮到鋼管與混凝土之間的粘結(jié)滑移作用，鋼管與混凝土界面法線方向的接觸采用硬接觸，即垂直于接觸面的壓力P可以完全地在界面間傳遞；鋼管與混凝土界面切向模型，使用庫侖摩擦模型，即界面可以傳遞剪應力，直到剪應力達到臨界值后界面之間產(chǎn)生相對滑動；此外，采用對試件施加初始缺陷的方法來考慮鋼管局部屈曲的影響，有限元計算時，假定鋼管的初始幾何缺陷呈半波分布。 (2)采用有限元法對鋼管混凝土構(gòu)件在軸向壓力狀態(tài)

4、下的受力進行了全過程分析，分析了受力過程中鋼管混凝土的破壞模態(tài)，混凝土截面應力分布規(guī)律，較為深入的揭示了鋼管混凝土構(gòu)件在軸壓受力狀態(tài)下的工作機理。并著重討論試驗中難以測定的考慮鋼管約束效應的混凝土縱向應力-應變關(guān)系曲線和考慮內(nèi)部混凝土支撐作用時方鋼管的屈曲模態(tài)有所改變的鋼管縱向應力-應變關(guān)系曲線。 (3)研究了單調(diào)加載時鋼管混凝土軸壓構(gòu)件核心混凝土的縱向應力-應變關(guān)系曲線，分析混凝土強度，截面寬厚比對核心混凝土縱向應力-應變曲線