钢骨混凝土异形柱-T型截面抗剪扭性能数值模拟分析

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随着城市化进程的加快,节约土地、节约资源、保护环境迫在眉睫。而钢骨混凝土异形柱框架结构可以实现大开间的住宅结构。钢骨混凝土(SRC)结构的抗震性能优越,受力也比较合理。尤其是近年对钢骨混凝土异形柱的研究表明,其承载性能与普通钢筋混凝土有明显的提高。所以钢骨混凝土结构,特别是装配式结构中应用越来越广泛。当前,对于普通钢筋混凝土构件在弯、剪、扭复合受力作用下受力分析已经相当成熟了。但是对于钢骨混凝土构件在复合受力条件下的分析却比较少。现行规范是建立在弹性理论基础上,没有考虑材料的非线性特征,也没有较充分的实验依据,有时也是不经济的。所以,弯、剪、扭共同作用下混凝土强度以及变形是各国学者正致力于研究的课题。目前提出的理论主要有空间桁架理论和斜弯理论。本文使用ABAQUS软件对钢骨混凝土T型截面异形柱构件进行受剪扭全过程数值模拟分析。首先对文献中用的实验构件,材料与加载条件完全按照实验的参数来设置。然后将数值模拟出力-位移曲线与实际实验得出的曲线进行对比,结果表明有限元软件的分析结果与实验结果有较好的吻合度。对比结果得出,模拟计算得出的数据与实际实验值比较吻合,误差在合理范围内。这表明建立的有限元模型其合理性与精确度较高,从而确定了模型的可靠性。同时也证明,模型模拟时使用的混凝土与钢材的本构关系、单元的选取类型、单元网格的划分原则、钢骨与混凝土之间的接触关系的处理和荷载的加载步骤等关键因素是符合实际条件的。再此基础上对论文中的五组构件进行了全过程的数值模拟分析。由于钢骨和混凝土之间,钢骨与钢筋骨架之间的相互作用是比较复杂。目前规范对于钢骨混凝土构件对极限受弯和极限受扭计算一般采用叠加法。本文对T型截面的钢骨混凝土异形柱剪扭全过程受力性能模拟的基础上提出考虑了型钢粘结-滑移影响的叠加方法—混合叠加法。并与传统叠加法进行了对比,发现提出的计算模型与实际实验吻合度较高。折减叠加法,在传统叠加法,将截面划分为内部型钢和外部箱型混凝土构件,但还要考虑型钢混凝土柱的粘结滑移本构关系。采用对型钢极限承载力乘一个折减系数和混凝土极限承载力相加。本文通过五组预设的构件进行有限元模拟分析来分析钢骨混凝土异性柱的抗剪扭受力性能,同时验证组合法的合理性。通过有限元分数据,通过后处理得出各组件的力学相关曲线,得到混凝土、钢筋、型钢的应力云图以及钢骨混凝土构件的开裂扭矩与极限扭矩等力学参数。分析在剪扭组合下的受力性能,对T形截面钢骨混凝土异形柱受力性能进行全过程分析。利用不同型钢组合与刚骨率的钢骨混凝土构件证明组合法计算抗扭承载力的合理性。分析结果表明,组合法较适用于钢骨处于合适的保护层厚度的钢骨混凝土构件,以及在一定的型钢配置。根据不同构件分析了,影响异形钢骨混凝土柱的承载力的因素,研究了这些因素对抗扭,抗剪,与抗剪扭同时作用的影响机理。
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