新型卷边薄壁钢板组合截面柱的非线性有限元分析

组合梁钢筋混凝土柱框架结构力学性能非线性有限元分析基于Opensees地震工程数值模拟平台实现了水平荷载作用下组合梁钢筋混凝土柱单层单跨平面框架结构的单调曲线的有限元数值模拟，并与相关试验结果进行对比分析。

数值模型中，混凝土采用修正的Kent-Park模型，钢材采用理想弹-塑性模型，采用位移增量法求解非线性方程。

基于此，对影响此类框架结构力学性能的主要因素进行了参数分析;结果表明，此类框架具有良好的抗震性能，也为进一步研究或工程应用提供一定参考。

标签：组合梁;框架;有限元;参数分析1 引言钢-混凝土组合梁是一种由混凝土板和钢梁通过抗剪栓钉组合而成的受弯构件。

由于这种构件能够充分发挥了钢材的抗拉和混凝土的抗压性能，使得其具有较好的承载能力，整体刚度好于独立工作的钢梁，且保证钢梁翼缘和腹板的稳定性，此外施工速度快、经济效益高，而被广泛应用于高层、超高层及多高层建筑的楼盖和平台结构中。

目前，针对组合梁构件的研究相对较多，更多关注于于构件的理论分析[1-5]，而组合梁应用于框架的理论分析相对较少。

同济大学薛伟辰[6]等进行了两榀组合梁框架的试验研究;西安建筑科技大学张守军[7]采用Ansys软件建立三维模型对含有钢-混凝土组合梁的大型复杂高层建筑组合结构的基本性能进行了研究。

为此，系统地研究组合梁框钢筋混凝土柱架结构的基本力学性能及参数影响规律，建立有效的组合梁框架的理论计算模型和实用计算方法十分必要。

本文基于非线性梁柱纤维理论，在Opensees地震工程数值模拟平台上建立了合理有效的组合梁钢筋混凝土框架的有限元计算模型，并对此类框架的荷载-位移曲线进行全过程模拟，数值模型得到了试验结果的验证。

基于此数值模型，进行了该类框架的力学性能和影响因素的参数分析，为相关研究和工程设计提供一定参考依据。

2 有限元模型的建立与求解2.1基本假定对组合梁钢筋混凝土柱框架进行非线性分析时的基本假定如下：（1）平截面假定：受弯构件弯曲变形后仍保持一个平面，即截面的应变沿高度保持线性分布;（2）组合梁型钢与混凝土板，钢筋与混凝土之间连接可靠;（3）受弯构件具有足够的抗剪承载力;（4）不考虑混凝土收缩、徐变的影响。

带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点受力性能的非线性有限元分析周天华1，郭彦利1，卢林枫1，何保康2， （1.长安大学，陕西西安710061； 2. 西安建筑科技大学，陕西西安710055；）Email: zhouth163@摘要：本文利用三维实体单元，对“带内隔板方钢管混凝土柱-钢梁节点”建立了同时考虑几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、各种材料非线性等因素的有限元理论分析模型，模拟分析了单调加载和低周反复加载时节点的受力性能，较为精确地分析了节点区应力分布和混凝土开裂情况，以弥补试验中无法直观地了解各细部受力情况和改变各种参数进行对比的缺陷；考察了轴压比大小、混凝土强度等因素对节点受力性能的影响，根据理论与试验结果分析，提出了设计和改进建议。

关键词： 方钢管混凝土柱；梁柱节点；受力性能；非线性有限元1 前言方钢管混凝土柱-工形钢梁框架结构以其诸多优点在国内已开始推广应用，带内隔板的矩形钢管混凝土柱与钢梁连接的节点构造已被我国《矩形钢管混凝土结构技术规程》 [1]列为推荐形式，针对这种构造形式的节点：1999~2002年同济大学做了方钢管混凝土柱与钢梁全焊接连接的模型试验和理论研究，包括模拟柱与梁的受拉翼缘连接的十字形单调拉伸试验、柱与梁连接的组合体试件的低周反复加载试验[2，3]；2001~2004年本项目以杭萧钢构股份有限公司的国家重点技术创新项目—“高层建筑钢—混凝土组合结构产业化”及杭州瑞丰国际商务大厦试点工程为背景，在国内首次进行了6个带内隔板的梁柱节点的足尺模型的拟静力试验和理论研究[4，5]。

本文利用ANSYS通用程序，建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元理论分析模型，通过合理的单元选取和网格划分，结合试验研究[4]对梁柱对接焊接、栓焊连接两类节点模拟分析单调加载和低周反复荷载作用下的受力性能，以期达到如下目的：（1）较为精确地分析节点区应力分布，弥补试验中无法直观地了解各细部受力情况和改变各种参数进行对比的缺陷，（2）考察轴压比大小、混凝土强度等级变化等因素对节点单调加载及滞回性能的影响，（3）提出节点设计初步建议。

CFRP-薄壁圆钢管混凝土组合短柱的非线性有限元分析
李冉;姜作峰;马丽娜;张鸿梅
【期刊名称】《延边大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(039)003
【摘要】利用ANSYS软件建立了CFRP-薄壁圆钢管混凝土组合短柱、钢管混凝土柱、素混凝土柱对比柱的三维有限元模型,并对比分析上述3种构件在轴压作用下的延性和极限承载力的差异.研究结果表明:CFRP-薄壁圆钢管混凝土柱的极限承载力比钢管混凝土柱有较大提高(模拟的单层粘贴构件约提高11％,双层粘贴构件约提高25％),且整体刚度好,表现为弹性阶段轴向位移小,当CFRP断裂后,钢管能继续提供塑性支持；钢管混凝土柱的极限承载力比素混凝土柱提高约4倍,延性也得到很大改善；ANSYS模拟值与文献[1]中的试验值和计算值吻合较好.
【总页数】5页(P219-223)
【作者】李冉;姜作峰;马丽娜;张鸿梅
【作者单位】延边大学工学院土木工程系,吉林延吉133002;延边建设工程质量检测鉴定有限公司,吉林延吉133002;延边建设工程质量检测鉴定有限公司,吉林延吉133002;延边大学工学院土木工程系,吉林延吉133002
【正文语种】中文
【中图分类】TU375.3
【相关文献】
1.新型卷边薄壁钢板组合截面柱的非线性有限元分析 [J], 张怀卿;方有珍;夏腾云;陆承铎
2.薄壁方钢管混凝土短柱承载性能非线性有限元分析 [J], 杨俊;高轩能;沈剑波
3.薄壁钢板组合截面PEC柱的非线性有限元分析 [J], 陆佳;戴雅萍;马吉
4.CFRP-圆钢管混凝土加固RC方形短柱的承载力 [J], 赵均海;陈彦雄;张焕青
5.薄壁短柱轴压承载力的非线性有限元分析与计算 [J], 王春刚;张耀春
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