型钢-钢管混凝土柱轴压性能数值仿真.pdf

7 8 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 l O期( 总筇 1 6 0期) 型钢一 钢管混凝土柱轴压性能数值仿真 李志秋 ( 大庆石化工程有限公司 。 黑龙江大庆1 6 3 7 1 4) 【 摘要】 内置型钢 钢管混凝土柱是一种基于钢管混凝土柱而发展起来的新型复式组合柱， 本文采用 A N S Y S 软件， 开展了不同套箍系数 、 不同含钢率和不同混凝土强度等级的内置型钢 一 钢管混凝土组合柱轴压性能仿 真分析， 得到组合柱轴压性能的变化规律， 为今后进一步开展该类组合柱的抗震性能研究奠定了基础。 【 关键词】 型钢 一 钢管混凝土柱； A N S Y S ； 套箍系数； 轴压性能 【 中图分类号】 T U 3 7 5 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 1 ) 1 0- 0 0 7 8 0 2 内置型钢 一钢管混凝土柱是一种基于钢管混凝土柱而 发展起来的新型复式组合柱， 将型钢插入钢管后再浇筑 混凝土而形成， 具有型钢混凝土和钢管混凝土组合柱的双 重优点， 拥有较高的承载能力、 良好的延性和抗震性能， 特 别适合用作重载柱和地震多发的地区， 因此， 内置型钢 一钢 管混凝土柱在抗震区具有广阔的应用前景。套箍系数是反 映钢管混凝土组合柱性能的综合指标 J ， 它的大小对整个 构件的力学性能有着很重要的影响。本文采用 A N S Y S软 件 ， 开展了不同套箍系数、 不同含钢率和不同混凝土强度等 级的内置型钢 一钢管混凝土组合柱轴压性能仿真分析 ， 得 到组合柱轴压性能的变化规律， 为今后进一步开展该类组 合柱的抗震性能研究奠定了基础。 1 有限元模型 内置型钢 一 钢管混凝土柱截面如图 1所示。采用 A N - S Y S有限元分析方法 J ， 建立内置型钢 一钢管混凝土模 型。由于钢管壁相对钢管的直径较小， 型钢腹板及翼缘相 对截面尺寸也较小 ， 故选用 S H E L L 6 3弹性壳单元模拟钢管 和型钢。用 S O L I D 6 5三维实体单元模拟受型钢和钢管约束 的核心混凝土。钢材的弹性模量取 2 0 61 0 ” N m ， 泊松 比取为 0 3 ， 钢 管壁厚度 取为 5 m m和 2 0 ra m， 型钢厚度取 2 0 ra m和 4 0 mm； 混凝土弹性模量取 3 X1 0 N m ， 泊松 比取 为0 2 。本文 共模 拟 了 4根组 合 柱构 件， 即 S C F S T 1一 S C F S T 4 ， 具体参数如表 1 所示。 以S C F S T 1 为例， 建立一个半径为 0 4的圆柱体， 通过 旋转工作平面得到型钢。将整个体赋予 S O L I D 6 5单元， S O LID 6 5单元用于含钢筋和不含钢筋的三维实体模型， 实 体模型可具有拉裂与压碎的性能， 该单元具有 8 个节点， 每 个节点有 3 个 自由度， 即x、 y 、 z三个方向的线位移； 将外径 赋予 S H E L L 6 3单元 ， 厚度为 0 0 0 5 ， 选取型钢截面赋予其 S H E L L 6 3单元， 厚度为0 0 2 ， S H E L L 6 3 单元具有弯曲能力， 同时又具有膜力， 可以承受平面内荷载和法向荷载。该单 元每个节点具有 6个 自由度： 沿节点坐标系 、 l ， 、 z方向的 平动和沿节点坐标系 、 y 、 z轴的转动。应力刚化和大变形 能力也可以考虑。 指定划分单元为三角形， 划分方式为自由划分； 若采用 从中心点向圆周映射的人为网格划分方法， 型钢将无法划 分， 故采用了 自由划分； 然后施加约束 ， 选取柱底面上的所 有点 ， 使其所有 自由度( A L L D O F ) 为零； 在悬臂面上施加荷 载， 为了使悬臂面上各点的位移相等， 把面上的所有节点 z 向位移耦合。然后进入求解模块求解。 求解过程中考虑了 几何大变形 ， 实体的几何模型如图 2所示。 图 1内置型钢 一钢管混凝土柱截面 图 2 S C F S T 1 几何模型 表 1 4 个组合柱构件几何参数 m m 2 加载方式对 内力的影响 内置型钢 一钢管混凝土轴心受压构件由于加载 方式、 本身的构造及施工工艺的不同， 钢管与型钢混凝 土的受力显然会出现2种不同的情况。一种情况是外 力直接作用在型钢和混凝土上， 通过钢管与混凝土的 粘结力将压力传递给钢管， 钢管并不直接承受纵向荷 载； 第二种情况是通过加载板同时将外力传递到型钢、 钢管与混凝土上 ， 试验证明这两种情况下极限承载力 大致相当， 没有明显的差别， 因此， 本文在 A N S Y S分析 过程中采用第一种加载方式。 3结果分析 在钢管中填充型钢混凝土形成内置型钢 一钢管 混凝土后， 型钢和钢管约束了混凝土的横向应变， 可延 缓混凝土受压时的纵向开裂， 而混凝土可以延缓钢管 陈姜温等： F L A C - 3 D住水利边坡稳定性分析中应用 7 9 冻土与地基基础 F L A C 一 3 D在水利边坡稳定性分析 中应用 陈姜温， 王庆， 廖孟柯 ( 石河子大学水利建筑 工程学院。 新疆石河子8 3 2 0 0 3) 【 摘要】 利用基于强度折减法的 F L C 一 3 D软件对某水利枢纽边坡采用摩尔 一 库伦模型进行稳定性数值 模拟计算 ， 选取合理的物理力学参数 ， 分析岩质边坡的稳定性。通过分析滑坡体的位移突变和剪应变率的变化情 况 ， 结果表明， 边坡出现了明显的潜在滑移面， 处于不稳定状态。 【 关键词】 边坡； 强度折减； F L A C一 3 D ； 数值模拟 【 中图分类号】 T U 4 5 1 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 0 7 9 0 3 AP P LI CATI oN oF F LAC 3 D I N ANALYS I S 0F W AT ER CoNS ERVANCY S LOP E C HE N J i a n g w e n ， WA N G Q i n g ， L I A O Me n g k e ( C o l l e g e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y ，S h i h e z i U n i v ， X i n j i a n g S h i h e z i 8 3 2 0 0 3 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n b a s i c p rin c i p l e o f F L AC - 3 D a n d i t s a p p l i c a t i o n t o s t r e n g t h r e d u c t i o n t h e o r y n u me r i c a l s i mu l a t i o n a n d a n a l y s i s i s ma d e t o a s l o p e o f a w a t e r c o n s e rva n c y h u b b y Mo h r C o u l o mb mo d e 1 C h o o s i n g s u i t a b l e p h y s i c a l a n d me c h a n i c a l p a r a me t e r s ，t h e s t a b i l i t y o f t h e r o c k y s l o p e i s a n a l y z e d B y a n a l y z i n g the s l o p e S d i s p l a c e me n t s a l t a t i o n a n d t h e s h e a r s t r a i n r a t e ，t h e r e s u l t i n d i c a t e s t h a t t h e s l o p e e x i s t s p o t e n t i a l s l i d i n g s u r f a c e ，a n d t h e s l o p e i s n o t u n s t a b l e Ke y wo r d s ： s l o p e；s t r e n g t h r e d u c t i o n；F L AC- 3 D；n u me ric a l s i mu l a t i o n O 前 言 滑坡的稳定性分析 2 一直是滑坡工程研究领域的核 基金项目】 国家自然科学基金项目( N o ： 5 0 9 0 4 0 4 5 ) 心问题 ， 在水利工程中， 滑坡的稳定性非常重要 ， 它直接影 响工程的安全性和总体投资 ， 因此， 必须在工程各个阶段中 和型钢发生局部屈曲， 两种材料相互弥补了彼此的不足， 充 分发挥了各 自的长处， 使钢管混凝土具有很高的承载能力。 从变形和单元应力图上也可以看出， 悬臂面位移最大， 核心 混凝土应力最小。由于钢管对混凝土的约束， 使混凝土的 应力提高 ， 离外壁越近， 混凝土的应力越高。 4 试件的对比 表 2 4根试件位移及混凝土应力的变化 表2所示为4根试件位移及混凝土应力的变化情况， 可以看出随混凝土强度提高， 其位移值变小， 应力变小； 钢 管壁厚的变化对位移以及应力影响很小； 型钢厚度增加 ， 位 移及应力均变小。 4结语 通过对 比分析，得到以下结论： 随着混凝土强度的提 高， 型钢 一钢管混凝土轴压构件的承载力提高； 随着钢管厚 径比的提高， 型钢 一钢管混凝土轴压构件的弹性刚度和承 载力略有提高， 但影响不明显； 随着型钢厚度的增加， 型钢 一 钢管混凝土轴压构件的承载力提高， 延性增强。 参考文献 1 王连广钢与混凝土组合结构理论与分析 M 北京： 科学出 版社 ， 2 0 0 5 2 韩林海， 杨有福现代钢管混凝土结构技术 M j E 京： 中国 建筑工业出版 社 ， 2 0 04 3 刘涛， 等精通 A N S Y S M 北京： 清华大学出版社， 2 0 0 2 4 郝文化A N S Y S 土木工程应用实例 M 北京： 中国水利水电 出版社 ， 2 0 0 5 5 尚晓江， 邱锋 ， 赵海峰 A N S Y S 结构有限元高级分析方法与范 例应用 M 北京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 8 收稿日期 2 0 1 1 0 3 1 6 作者简介 李志秋( 1 9 6 2一) ， 男， 黑龙江大庆人， 一 I ： 程师， 主 要从事建筑结构研究 设计 作。