核心圆钢管的钢骨高强混凝土柱偏压加载全过程数值模拟.pdfVIP

第十三届全国工程建设计算机应用学术会议论文集 广东佛山·2006 核心圆钢管的钢骨高强混凝土柱 偏压加载全过程数值模拟 张苗1庄奕1季静2 (1．佛山市房屋建筑设计院2．华南理工大学建筑学院) 【摘要】本文采用基于材料本构关系的纤维模型，编制visuflFortran数值模拟程序，对核心圆钢管 的钢骨高强混凝土偏心受压柱的加载全过程进行数值模拟。通过变化钢骨配骨率、钢骨位置系数、钢管约 束效应系数、体积配箍率、混凝土强度等级和纵筋配筋率等影响参数，考察以圆钢管为核心的钢骨高强混 凝土偏心受压矩形柱的强度和延性。 【关键词】 数值模拟；高强混凝土柱；钢骨混凝土；圆钢管；偏心受压 l 前言 近年来，随着国内外高层、超高层建筑和大跨度空间结构规模及数量不断提高，建筑 结构的承重柱所承担的荷载越来越大。地震灾害调查显示：建筑物中承重柱的合理设计和 梁柱节点的优化处理是避免建筑物在大震下倒塌的关键所在。在高层、超高层建筑和大跨 度结构中选用核心圆钢管的钢骨高强混凝土柱具有如下优点：圆形钢管对核心混凝土的约 束作用能有效地提高混凝土的强度，改善混凝土的塑性和韧性性能；圆形钢管与十字形钢 骨相比较，具有制作加工方便，周期短，钢材消耗少的优点，在梁柱节点区，水平构件的 纵向钢筋穿过或者锚固在钢管外围的混凝土中，节点传力合理，构造简单，施工方便。因 此，有必要开展对这类构件受力性能的相关研究。 2 程序编制的基本原理和数值计算结果的检验 文献13l的计算思路，采用基于纤维模型的数值分析方法进行程序编制。数值计算核心模块 N二M．SRC由VisualFortran语言6．5版开发，VisualFortran语言具有较强大的数值计算和数学 分析能力，广泛应用於土木工程数值计算领域。 程序编制采用的基本假定：(1)假定钢骨高强混凝土构件在加载全过程始终保持平截 面； (2)钢管核心混凝土的本构关系采用韩林海模型，钢管外围箍筋约束混凝土的本构关 系采用过镇海一胡海涛约束高强混凝土模型，箍筋外围无约束混凝土本构关系采用过镇海 无约束高强混凝土模型； (3)钢材的本构关系采用理想的弹塑性二折线模型；(4)不考虑 剪力对构件变形的影响；(5)不考虑砼的抗拉作用。 数值计算核心模块N二M—SRC由一个主程序和两个子程序组成，其中主程序为迭代计算 的主流程，一个子程序为钢材和混凝土的本构关系计算式，另一个子程序为截面十三个小 区域的内力计算式(区域划分如图l所示)，程序编制的具体流程为：(1)将铡骨混凝土构 112 第十三届全国工程建设计算机应用学术会议论文集 广东佛山·2006 件截面十三个小区域中每一小区域再细分成大量的小条带(小条带高度均小于0．5mm，完 全町以满足工程应用的精度要求)，输入构件的相关参数(包括核心砼、外围砼、钢材的强 度标准值，钢材和混凝土的弹性模量，截面的具体几何尺寸，各个小区域划分的条带数等)， 计算条带坐标I和条带面积Ai；(2)设置截面初始应变为零，读入截面曲率纯；(3)假 定截面压应变初值，根据平截面假定计算各小条带的应变t，根据各种材料的本构关系由 各小条带的应变Ei得到小条带的应力值q， 计算截面的轴力Ⅳ=∑q(乞)A；(4)进行 i 收敛性检验，不满足要求，按外插值法修正截面压应变值，例如：当t=q时，求得N=Nl， (Nl一“)岛一(Ⅳ2一Ⅳo)毛 当￡=岛时，求得N=N2，此时调整￡f= ，其中Ⅳo为输 ，NL—N2 入参数中的构件轴力，接着按第(3)步骤重新迭代计算；满足要求则汇总得到截面的弯矩 f 弯矩下降到峰值弯矩的85％以下时，程序计算结束；(6)最后，根据计算结果画出核心圆 钢管的钢骨高强混凝土柱的荷载一变形曲线。