钢管混凝土叠合柱柱脚下混凝土局部受压性能研究

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1、第10期广东土木与建筑No．102008年l0月GUANGD0NGAR(：HITECTURECIVILENGINEERINGOCT2008钢管混凝土叠合柱柱脚下混凝土局部受压性能研究尧国皇(中建国际(深圳)设计顾问有限公司深圳518048)摘要：在选择了合理的钢材和混凝土本构关系模型的基础上，利用ABAQUS有限元软件对钢管混凝土叠合柱柱脚下基础混凝土的局部受压性能进行了研究。结果表明内配钢筋网片能有效增A_L部荷栽在承台的传递扩散范围，故提出相关的设计建议，可为相关研究和工程实践提供参考。关键词：钢管混凝土叠合柱；柱脚；有限元法；局部受压1前言2有限元模型的建立

2、钢管混凝土叠合柱(以下简称“叠合柱”)是由截2．1材料本构关系模型面中部的钢管混凝土和钢管外的钢筋混凝土叠合而钢管、钢板与钢筋钢材采用ABAQUS软件中成⋯．这类组合构件不仅具有钢管混凝土构件的优提供的等向弹塑性模型．满足VonMises屈服准则，点．而且钢管外的混凝土还可起到抗火作用，还便于这种模型多用于模拟金属材料的弹塑性性能．用连装修，已有不少工程应用实例．如23层的辽宁邮政接给定数据点的一系列直线来平滑地逼近金属材料枢纽大楼．33层的沈阳电力花园双塔．深圳卓越·皇的应力一应变关系该模型采用任意多个点来逼近岗世纪中心项目的3幢超高层塔楼(其中塔楼最大实际的材

3、料行为，故与实际相当接近。钢管与钢筋钢高度为280m)钢管混凝土叠合柱适用于我国非材采用理想弹塑性模型．弹性模量取2．06xl0sMPa，抗震和抗震地区的建筑结构．尤其是抗震设防地区弹性阶段泊松比取0．3的高层建筑结构。具有较好的工程应用前景．CECS混凝土采用该软件中的塑性损伤模型．钢管内188：2005《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(以下核心混凝土单轴应力一应变关系采用文献『4]中提出简称《规程》)的颁布实施使得叠合柱在实际工程中的适用于该软件有限元分析钢管混凝土的核心混凝的应用更具可操作性土单轴应力一应变关系模型，具体数学表达式如下：众所周知钢管混凝土叠合

4、柱脚是上部主体结f2·—构与基础连接的重要节点．在结构中起着重要作用I[．(一1)]目前叠合柱一般采用C60及以上的高强混凝土．而式中：=／o；y=o-／t7o；O-o=f~(MPa)；So=e~+800·∞·基础仍采用C30左右的普通混凝土．叠合柱中钢管10_6；=(1300+12．5)xlO_6；7／=1．6+1．5／；·内混凝土内力直接传人基础混凝土中．使柱脚处基(1．2)～；·4·A。)为核心混凝土圆础混凝土的压应力大大超过其设计抗压强度f按局柱体抗压强度(MPa)：为钢管混凝土截面约束效应部承压计算)．因此必须在柱脚处基础混凝土中预埋系数i为钢管钢材屈服

5、强度；为混凝土立方抗压钢筋网片．以提高柱脚处基础混凝土的抗压能力．保强度标准值；A、A分别为钢管和混凝土的截面积。证柱脚设计的可靠及安全钢管外混凝土及基础混凝土采用《混凝土结构对于钢管混凝土叠合柱脚下基础混凝土局部受设计规范》附录C中提出的应力一应变关系模型：压性能的研究成果还少见报道．对于预埋钢筋网片混凝土弹性模量按该规范取值．泊松比取0．2的配置也没有相关的指南．为了深入研究这个问题．2．2单元类型和截面划分本文在选择合理的材料本构关系模型基础上．采用钢管和混凝土均采用了采用八节点减缩积分格通用有限元软件ABAQUS6．7i33进行分析．得出的结式的三维实体单

6、元(C3D8R)．虽然这种单元与其它论可为相关研究和工程实践提供参考高次等参单元相比．计算精度稍低．但却可以减少很372008年10月第10期尧国皇：钢管混凝土叠合柱柱脚下混凝土局部受压性能研究OCT2008No．10多自由度．从而大大缩短计算时间．从经济性考虑混数进行有限元建模．具体参数如下：圆钢管混凝土柱凝土采用C3D8R单元叠合柱内钢筋和基础配置的为1400x30，钢管屈服强度为345MPa，管内外均灌钢筋网片均采用Tmss单元．采用ABAQUS软件中的注C70混凝土；叠合柱纵筋28~22，箍筋为12@100；EmbeddedRegi0n命令将其嵌入混凝土中

7、．不考虑钢承台尺寸为4mx4mx3m．叠合柱与基础承台相交处筋与混凝土之间的滑移单元网格采用细分网格的采用钢板封板．并预留~300浇灌孔。网格实验方法．确定合适的网格．图1给出了钢管混计算模型的加载方式是在钢管混凝土叠合柱上凝土叠合柱柱脚有限元分析模型施加轴压力(其标准值／2-Ⅳ／Ⅳn=O．7，No为钢管混凝土柱轴压强度标准值．按文献『1]的有关公式计算)。计算时采用力加载，并采用增量迭代法求解非线性箍筋方程为便于分析比较．无配置钢筋网片的计算模型称为模型1：配置钢筋网片的称为模型2。叠合柱通过分析得出模型1的竖向变形云图(略)，可见竖向变形主要集中在叠合柱柱脚与

8、基础承台的