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圆中空夹层钢管混凝土压扭构件有限元分析_黄宏

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空心率对中空夹层钢管混凝土组合柱耐撞性能影响

空心率对中空夹层钢管混凝土组合柱耐撞性能影响

空心率对中空夹层钢管混凝土组合柱耐撞性能影响王丙斌;王蕊【摘要】以外层为不锈钢的中空夹层钢管混凝土柱为研究对象,采用有限元分析软件,模拟该类构件在低速横向冲击下的动力响应,讨论空心率对其耐撞性能的影响,并提出稳固性因数来评估结构的耐撞性能,同时展开3组实验对有限元模拟典型算例进行校正.试件的耐撞性能主要从抗冲击能力与冲击过程中结构的稳固性方面讨论.研究结果表明:空心率在0～0.73范围内,其对冲击力平台值影响不明显,试件抗冲击能力没有明显变化;空心率大于0.73,冲击力平台值明显下降,试件抗冲击能力明显减弱.空心率在0～0.6范围内,试件冲击过程中的结构稳固性因数保持在一个较高水平;空心率0.6～1.0范围内,试件冲击过程的结构稳固性因数明显降低,且呈单调下降趋势.%In this paper we simulated the dynamic response of stainless steel-concrete-steel double-skin tubular columns under low speed lateral impact loading using a software of finite element analysis,examined the effect of the hollow rate on the impacting characteristics,and proposed to evaluate the crashworthiness of a structure by using the robust coefficient,by conducting three sets of tests to adjust the typical cases of finite element simulation.The specimen's crashworthiness was analyzed mainly on the basis of its robustness structural stability in the impacting process.The results show that at a hollow rate of 0-0.6,the hollow rate's influence on the value of the impact platform was not obvious and little change in the specimen's crashworthiness was observed;at a hollow rate above 0.73,the value showed an obvious decrease and the crashworthiness was greatly reduced;at a hollow rate of 0-0.6,the specimen's structural robustcoefficient was kept relatively high;and at a hollow rate of 0.6-1.0,the specimen's structural robust coefficient was obviously reduced,exhibiting an tendency of decrease in the impacting process.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2018(038)001【总页数】8页(P204-211)【关键词】不锈钢;冲击载荷;中空夹层钢管混凝土;空心率【作者】王丙斌;王蕊【作者单位】太原理工大学建筑与土木工程学院,山西太原030024;太原理工大学建筑与土木工程学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】O347.3中空夹层钢管混凝土作为一种新型组合结构形式，是将两层钢管同心放置，并在两层钢管之间填筑混凝土的构件，近年来受到部分学者的关注。

圆多腔体中空钢管混凝土柱抗震性能分析

圆多腔体中空钢管混凝土柱抗震性能分析
Ｆｉｇ １ Ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒｍ
表 １ 钢材的力学性能
Ｔａｂｌｅ １ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ
试件类别
外钢管
内钢管
分腔板
直径
／ ｍｍ
厚度 ／
ｍｍ
屈服强度
／ ＭＰａ
马江萍， 李力怡， 杨 燕
（ 西安培华学院 建筑与艺术设计学院， 陕西 西安 ７１０１２５）
摘 要： 为研究圆多腔体中空钢管混凝土柱的抗震性能， 首先对圆实心分腔复式钢管混凝土柱试件的试验
结果与有限元结果进行比对， 确定了有限元模拟方法有效后， 再利用 ＡＢＡＱＵＳ 建立了以轴压比 （ ０ ２ ～ ０ ６） 、
载试验进行有限元模拟分析， 验证本文有限元建
模方法的正确性。 柱高 １２７０ ｍｍ 的圆实心分腔复
式钢管混凝土柱试件 ＣＦＳＴ１ － ３ 截面形式如图 １ 所
示， 钢材的基本属性与力学性能见表 １， 内填混凝
土立方体试块轴心抗压强度平均值为 ４７ ９８ ＭＰａ，
混凝土弹性模量为 ３３ ５ ＧＰａ。
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３期
马江萍等： 圆多腔体中空钢管混凝土柱抗震性能分析
３
建筑结构
压力， 柱上下端截面其余的转动与平动自由度均
施加约束防止加载中的失稳。 考虑计算精度与时
间成本， 采用 ５０ ｍｍ 边长的网格对模型进行划分，
如图 ４ 所示。
图 １ 试件截面形式
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｍｕｌｔｉ－ｃａｖｉｔｙ ｈｏｌｌｏｗ ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｃｏｌｕｍｎ， ｔｈｅ ｔｅｓｔ

方中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究

方中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究

方中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能对比试验研究黄宏;查宝军;陈梦成;郭晓宇【摘要】对4 种不同截面形式的钢管混凝土试件进行轴压对比试验,试件分为方实心试件、方套圆中空夹层试件和2 种内管不同放置形式的方套方中空夹层试件.试验结果表明:所有试件达到极限承载力之后,均出现外管焊缝开裂、内管向内凸曲的现象;在空心率不太大的情况下,方中空夹层钢管混凝土的轴压承载力比方实心钢管混凝土大;方实心试件比方中空夹层试件的横向应变发展快,方套圆中空夹层试件比方套方中空夹层试件的横向应变发展更快;采用有限元分析软件 ABAQUS 对轴压试件的荷载—变形全过程进行计算,得到的极限承载力与试验结果吻合较好.%T he paper carries out axial compression tests on four concrete-filled steel tubular pieces of different cross section shapes,namely solid square-shaped specimen,square specimen with circular hollow,and two square specimens with square hollow in the middle and differently placed inner tubes. T he results indicate that as all the specimens reach their ultimate bearing capacity,cracked weld and buckled inner tube in all cases. In the case of the hollow rate remains at a reasonably low level,the specimen with square-shaped hollow exceeds its solid counterparts in axial bearing capacity. In terms of lateral strain,the solid square-shaped specimen develops quicker than hollowed square specimen,the square specimen with circular hollow develops more quicker than square specimens with square hollow. By using the finite element analysis software ABAQUS to calculate the loading-deformation process of the specimens under axialcompression,the ultimate bearing capacity of the calculated consistent well with the test data.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2015(000)010【总页数】5页(P85-89)【关键词】方中空夹层钢管混凝土;轴压;截面形式;试验【作者】黄宏;查宝军;陈梦成;郭晓宇【作者单位】华东交通大学土木建筑学院,江西南昌 330013;江西省建筑过程模拟与控制重点实验室,江西南昌 330013;华东交通大学土木建筑学院,江西南昌330013;华东交通大学土木建筑学院,江西南昌 330013;江西省建筑过程模拟与控制重点实验室,江西南昌 330013;华东交通大学土木建筑学院,江西南昌 330013【正文语种】中文【中图分类】TU392.3钢管混凝土与钢结构相比，有较好的抗火性、经济性;与钢筋混凝土相比，具有强度高、塑性和韧性好、施工方便等优点，因此钢管混凝土被广泛应用于各类工程中。

方套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点在低周往复荷载下有限元模拟

方套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点在低周往复荷载下有限元模拟

方套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点在低周往复
荷载下有限元模拟
本文针对方套圆中空夹层钢管混凝土柱与钢梁节点在低周往复荷载下的力学性能进行有限元模拟分析。

首先，利用ANSYS软件建立了方套圆中空夹层钢管混凝土柱和钢梁的三维有限元模型，并进行了荷载施加和边界条件的设置。

其次，对该节点进行了低周往复荷载下的静力强度、位移响应和应力分布等方面的有限元分析。

最后，对分析结果进行了讨论，并提出了优化措施。

分析结果表明，方套圆中空夹层钢管混凝土柱在低周往复荷载下具有较好的力学性能，其静力强度和位移响应均满足设计要求；而钢梁-柱节点的应力分布较为均匀，节点整体稳定性良好。

针对上述分析结果，提出了一些优化措施：加强钢筋布置密度、增加节点半径和弯曲承载力等。

综上所述，本文对方套圆中空夹层钢管混凝土柱和钢梁节点在低周往复荷载下的力学性能进行了有限元模拟分析，为相关实际工程提供了一定的参考和依据。

中空夹层钢管混凝土组合结构研究进展

中空夹层钢管混凝土组合结构研究进展

中空夹层钢管混凝土组合结构研究进展摘要：本文通过对一种新型的组合构件—中空夹层钢管混凝土（CFDST）的特点及研究现状进行分析，通过研究分析发现，该构件具有良好的工程应用价值，但该构件在多灾害方面的研究还有所欠缺，应加强腐蚀、火灾、撞击、地震等荷载下构件承载性能的研究。

关键词：中空夹层钢管混凝土；研究现状；CFDST1. 中空夹层钢管混凝土结构特点中空夹层钢管混凝土构件（CFDST）是在钢管混凝土构件的基础上，利用内钢管代替核心混凝土的一种新型土木工程构件，该构件与传统的钢管混凝土构件相比，质量轻、刚度大，便于施工，在工程中有良好的应用价值，本文通过对国内外专家学者对中空夹层钢管混凝土的研究进行论述，坦明了中空夹层钢管混凝土构件的发展现状和发展趋势。

2. 空夹层钢管混凝土研究现状黄宏等[1]对中空夹层钢管混凝土试件进行了轴心及偏心受压试验，提出了中空夹层钢管混凝土偏心受压构件轴心、偏心受压承载力计算公式；Zhao Xiao-Ling[2]对轴向荷载作用下中空夹层钢管混凝土构件进行了大变形试验研究，研究结果表明：该构件能有效的减少构件的能量耗散、位移变形、承载能力等性能，在循环加载下，轴向荷载下降较弱，介于20％-30％之间，由此得出，该构件有较好的抗震性能；Li Wei[3]提出了组合框架中采用锥形中空夹层钢管混凝土试件，利用有限元软件对试验进行了验证，试验表明：该构件对组合框架结构有利。

黄宏[4]对圆中空夹层钢管混凝土构件进行了受扭试验，利用有限元进行模拟，数值模拟结果表明，破坏全过程分为弹性、弹塑性、塑性强化三个阶段，试验表明：在加载过程中，当轴压小时，伴随着轴压比的增大，极限扭矩增大；当轴压比较大时，随着轴压比的增大，极限扭矩减小。

S. Aghdamy[5]对兰州理工大学大量的中空夹层钢管混凝土实验结果进模拟分析，验证了数值模型并预测柱的破坏模式的能力。

通过参数分析，研究了几种载荷相关参数对CFDST的影响，为CFDST柱的冲击响应及其影响提供了新的信息控制参数以形成广泛的数据库，用来建立适当的方程并给出了CFDST柱在横向冲击荷载作用下的设计计算方法。

方中空夹层钢管混凝土双向偏压构件的承载力计算

方中空夹层钢管混凝土双向偏压构件的承载力计算
关键词 ： 空钢 管 混凝 土 双 向偏 压 纤 维模 型法 承 载 力 中
中 图分 类 号 ： Ｕ ９ ． 文 献 标 识 码 ： Ｔ ３ ２３ Ａ
文献 ［ ４ 研究 了方 中空夹 层钢 管混凝 土 构 件在 ２～ ］
＝
ＡＺｏ（ ／
）
（） １
轴压 、 纯弯 和单 向压 弯状 态下 的力 学性 能 ， 实 际工程 在
铁
１０ ２
道 建
筑
Ｏｃ ｏ ｅ ２ ８ ｔ ｂ ｒ ００
，
Ｒａ ｌ ｙ Ｅｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｉ ｗａ ｇ ｎｅ ｒｎ
文章 编号 ：０ ３１９ （ ０８ １—１００ １０ ．９ ５ ２０ ）００ ２ ．２
方 中空夹 层 钢 管 混 凝 土 双 向偏 压 构 件 的承 载 力计 算
（ 混凝 土应 力 ） 。因此 ， 内轴 力 Ⅳ 和两 个 坐 标平 面
内弯矩

、
分别 为 ：
、
２０ ０ ８年 第 １ 期 ０
方 中空 夹 层 钢 管混 凝 土 双 向 偏 压 构 件 的 承 载 力 计 算
１１ ２
Ⅳ ＝∑ （ ，Ａ 。 Ｇｌ Ａ ＋Ｇ，Ａ （） ＋ ｓｉ ｄ ｏｄ ， ｃｄ…） ｌ ｉ ５
＝ Ｍ ７ ／ 和 声 ｃ Ｚ ＝¨ ｎ ／ ２ ｌ。
１钢 材 与混凝 土 的应 力一应 变关 系模 型采 用 文献 ）
［ ］ 的相应 模 型 。其 中核 心混 凝 土 的模 型 采用 了 约 １中 束效 应 系数 来 考 虑 外 钢 管 对 混 凝 土 的约 束 作 用 ，
的表达 式为 ：
在 计算 出 、 后 ， 式 （ ） 按 ２ 就可 计算 出每个 小 单
元 形心处 的应变 值 ， 由假设 １ 即可 分 别 确定 钢 材 和 再 ）

带有芯钢管的圆钢管混凝土中节点抗震性能有限元分析的开题报告

带有芯钢管的圆钢管混凝土中节点抗震性能有限元
分析的开题报告
1.研究背景与意义
随着建筑工程的发展，抗震性能对于建筑物的安全变得越来越重要。

在地震中，经常会出现节点破坏的情况，尤其是在高层建筑中更为常见。

因此，研究节点抗震性能和提高其抗震能力对于保障建筑安全具有十分
重要的实际意义。

芯钢管圆钢管混凝土结构是一种新型的结构形式，其较传统的混凝
土结构具备更高的抗震能力以及更大的受力性能，因此在高层建筑工程
中得到了广泛应用。

然而，该结构形式的节点抗震性能研究尚不充分。

因此，本文拟通过有限元分析来研究带有芯钢管的圆钢管混凝土结构的
节点抗震性能，以期为今后的结构设计提供有益参考。

2.研究内容及方法
本文将以三维有限元分析为主要研究方法，通过软件ABAQUS建立
建筑物的三维模型，并在其中设置节点和荷载，按照地震动的实际特点
进行加速度时间历程的输入，从而进行节点受力分析。

具体来说，研究将分为以下几个步骤：
(1)建立芯钢管圆钢管混凝土结构的三维模型
(2)设置节点和荷载，并设定地震动的加速度时间历程
(3)进行节点的受力分析，分析节点的受力情况，并评估节点抗震性
能
(4)通过分析结果提出提高节点抗震能力的建议
3.预期成果与意义
通过有限元分析，本研究将得出带有芯钢管的圆钢管混凝土结构在地震中节点的受力分析结果，并分析其抗震性能。

同时，研究结果将为今后该结构形式的设计和改进提供有益的参考依据，为提高建筑物的抗震能力提供理论支持。

中空不锈钢管—夹层混凝土—碳素钢管柱抗火性能有限元分析

中空不锈钢管—夹层混凝土—碳素钢管柱抗火性能有限元分析中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱是将传统中空夹层钢管混凝土组合结构中的外钢管用不锈钢管替代后形成的新型组合结构。

此类构件兼具中空夹层钢管混凝土组合结构截面开展、抗弯刚度大、自重轻、承载力高和不锈钢材料耐高温耐腐蚀的优良性能,特别适合用于对稳定性和耐高温、耐腐蚀要求较高的(超)高层建筑与工业厂房等工程中。

目前关于中空夹层钢管混凝土组合结构和不锈钢管混凝土柱在常温下和高温下力学性能的研究已较为系统,关于中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱在常温下的力学性能研究也已有报道,但缺乏对其高温下的力学性能的研究。

因此,本文将对圆套圆中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱的抗火性能进行研究,主要研究内容及成果如下:(1)建立了不锈钢管混凝土柱常温轴压、普通钢管混凝土柱耐火极限、普通中空夹层钢管混凝土柱耐火极限和不锈钢管混凝土柱耐火极限有限元分析模型,将计算得到的试件常温下的轴力-跨中位移关系曲线和高温下的轴向变形-时间关系曲线与已有试验结果进行比较,间接验证了中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱耐火极限有限元分析模型的可靠性。

(2)采用顺序热力耦合方法和已验证的中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱耐火极限有限元分析模型,对典型试件的耐火工作机理进行了分析。

分析内容包括试件常温轴压极限承载力、试件温度分布、试件的破坏形态与高温下的轴向变形-时间关系曲线、内外钢管与混凝土的应力和应变。

结果表明,中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱具有良好的抗火性能;其在高温下的破坏属于整体屈曲破坏;当空心率较小且火灾荷载比较小时,试件高温下的轴向变形-时间关系曲线会出现二次膨胀阶段。

(3)在明晰中空不锈钢管-夹层混凝土-碳素钢管柱耐火工作机理的基础上,开展了影响该类构件抗火性能因素的参数分析共计144次。

具体分析参数包括:空心率、火灾荷载比、荷载偏心率、内钢管屈服强度和混凝土强度。

方中空夹层钢管混凝土压弯构件滞回性能的有限元分析


关键词 ： 中空夹层钢 管混 凝 土 压 弯构件 滞 回性 能 方
中图分 类 号 ：Ｕ ９ ． 文献 标识 码 ： Ｔ ３２ ３ Ａ
有 限元
中空夹层 钢管 混 凝 土 由钢 管 混 凝 土发 展 而 来 ， 是
一
研究 方 中空夹 层钢 管混 凝土构 件 的滞 回性能是 进
种在 两个 同心放 置 的钢管 之间灌 注混 凝 土而形 成 的
构件 ， 除具有 钢 管混 凝 土 的 基本 优 点 外 ， 有 截 面 开 还 展 、 弯刚度大 、 抗 自重 轻 等特点 。当受 压 构件 长细 比较 大时， 构件 的承 载力将 由其 刚度 控制 ， 管混凝 土构 件 钢 截 面的强度 承载 力就 不 能 得 到充 分发 挥 ， 而采 用 中空 夹层 钢管混 凝 土就具 有 很 好 的效 果 ， 因此 将 中空 夹 层 钢管 混凝 土应用 于高 架 桥 桥 墩 、 洋平 台结 构 的支 架 海 柱和 高耸构 筑物 中具有 较大 的优 势 。 中空夹层 钢管 混凝 土 的内 、 钢管 可采 用 圆形 、 外 方 形、 矩形 或其 它截 面形状 钢管 的两 两组 合 ， 因此 该类 构 件 有较 多的截 面形 式 。由于 方形钢 管作 为外 管有 利 于 梁 柱节点 的连 接 ， 圆形 钢管 作 为 内管 有 利 于 防止 内 而
３０１） ３０ ３ （ 东交通大学 土木建筑学院 ， 昌 华 南
摘 要 ： 究 方 中空 夹层钢 管 混凝 土压 弯 构件 的滞 回 性 能 是进 行 该 类 结 构 弹 塑性 动 力反 应 分析 的基 础 。 研
本 文利 用有 限元软件 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ建模 ， 型 中合理 地考 虑 了往复荷 载 作 用 下混 凝 土 的损 伤 以及 刚度 和 强 模

基于OpenSEES的圆中空夹层钢管混凝土柱有限元分析

基于OpenSEES的圆中空夹层钢管混凝土柱有限元分析郑玲玲;陈建伟【摘要】应用OpenSEES有限元软件,采用Mander混凝土本构模型和Menegotto-Pinto钢材本构模型对圆中空夹层钢管混凝土进行数值模拟分析,得到力-应变(N-ε)关系曲线,并对空心率、长细比和内外钢管径厚比进行参数分析.结果表明,数值模拟结果与试验结果吻合较好,且圆中空夹层钢管混凝土比实心混凝土延塑性更好,随空心率和外钢管径厚比的增大其极限承载力增大,随长细比的增大其极限承载力减小,但内钢管径厚比的影响很小.【期刊名称】《河北联合大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(039)001【总页数】6页(P69-74)【关键词】圆中空夹层钢管混凝土;轴压;纤维模型;OpenSEES【作者】郑玲玲;陈建伟【作者单位】华北理工大学建筑工程学院,河北唐山 063009;华北理工大学建筑工程学院,河北唐山 063009;唐山市绿色建筑产业技术研究院,河北唐山 063009【正文语种】中文【中图分类】TU377.1圆中空夹层钢管混凝土是指在2个同心放置的圆钢管之间注入混凝土而形成的构件，是在传统实心钢管混凝土的基础上发展的一种新型钢管混凝土结构形式。

这种新型构件不仅具有实心钢管混凝土柱承载力高、延塑性好、耐火性能好等优点外，由于其截面开展又具有抗弯刚度大、自重轻、抗震性能好和良好的经济效应。

其常常在桥墩、体育馆、建筑物中大直径的柱等工程领域中广泛应用。

近年来，国外学者研究了中空夹层钢管混凝土轴压短试件的力学性能[1-3]，中国学者也对其轴压性能开展了一系列试验研究和数值分析[4-8]，并取得丰硕成果，这些成果为更深入地研究圆中空夹层钢管混凝土打下坚实基础。

该项研究运用开放有限元模拟软件OpenSEES，基于纤维模型对圆中空夹层钢管混凝土柱进行轴心受压数值模拟，得到力-应变(N-ε)关系曲线，并与文献[4]中的试验结果相比较。

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采用有限元软件 ABAQUS 建立圆中空夹层钢管 混凝土压扭 构 件 的 分 析 模 型 ，对 构 件 的 荷 载-变 形 关 系进行分析。 1. 1 模型建立 1. 1. 1 单元类型的选取与网格划分
本文中内外钢管和混凝土单元均采用 8 节点减 缩积分格式的三维实体单元（ C3D8R） 。网格划分采 用结构化网 格 划 分 技 术，用 网 格 试 验 的 方 法 来 确 定 合理的网格密度。构件中内外钢管和夹层混凝土截 面网格划分如图 1 所示。
图 1 构件截面示意及网格划分 Fig． 1 Cross section and mesh generation
1. 1. 2 材料பைடு நூலகம்构关系模型 钢管的本构关系模型采用 ABAQUS 中的塑性分
析模型，混凝 土 的 本 构 模 型 采 用 刘 威［9］ 中 改 进 后 的 塑性损伤模型，上下盖板模拟为刚体。 1. 1. 3 钢管与混凝土界面模型
本文利用软件 ABAQUS 对构件的破坏形态、剪 应力在横截 面 上 的 分 布、内 外 钢 管 与 混 凝 土 的 相 互 作用、内外钢 管 与 混 凝 土 各 自 承 担 的 荷 载 等 进 行 分 析，研究先扭 后 压 和 先 压 后 扭 两 种 加 载 工 况 对 圆 中 空夹层钢管混凝土压扭构件工作机理的影响。并在 先压后扭加载工况下分析空心率对压扭构件荷载-变 形关系的影响。
Abstract： The behaviors of concrete filled double skin-steel tubular （ CFDST） members under axial compression and torsion were studied using the finite element software ABAQUS. The influence of two kinds of loading cases on the working mechanism of the CFDST members was discussed from four aspects，including failure modes，shear stress distributions on the cross section，interactions between steel tubes and concrete and loads undertaken respectively by steel tubes and concrete. And the influence of different hollow ratios on the loads resisted by steel tubes and concrete was analyzed under the first loading case that axial load was applied firstly and kept constant，then torque was applied on the component. The results indicate that different loading cases have little effect on the working mechanism of the CFDST members； the development process of the interactions between steel tubes and concrete is different under two kinds of loading cases； when the load reaches the ultimate load the confining stress between outer steel tube and concrete is larger under the first loading case； when the components are damaged，concrete resists a large portion of axial force while steel tubes resist most of torque； with the increase of hollow ratio，the torque resisted by concrete is reduced. Keywords： concrete filled double skin-steel tubular （ CFDST） ； compression and torsion； finite element analysis； loading cases； working mechanism
采用全构件建模，构件一端固定，即限制 x、y、z 三方向的位移； 另一端自由，为加载端，如图 2 所示。 在自由端 盖 板 上 建 参 考 点，与 盖 板 耦 合。 加 载 工 况 分为两种，即 先 压 后 扭 和 先 扭 后 压 对 于 先 压 后 扭 加 载工况，先 对 自 由 端 施 加 轴 力 并 保 持 不 变。 然 后 在 参考点上施加转角位移以实现扭矩的位移加载； 对 于先扭后压 加 载 工 况，先 在 参 考 点 上 施 加 扭 矩 并 保 持不变，然后 对 自 由 端 施 加 轴 向 位 移 以 实 现 轴 力 的 位移加载。 1. 2 有限元分析结果试验验证
n
Tuc / （ kN·m）
Tue / （ kN·m）
Tuc / Tue
Scv1-1
165
2. 9
60
2. 7
550
391
275
60
0. 2
35. 24
36. 48
0. 96
332
0 引言
1 有限元模型建立及其结果校验
当实心钢 管 混 凝 土 用 于 大 偏 压 柱 时，靠 近 形 心 的核心混 凝 土，不 能 充 分 发 挥 作 用。 用 空 钢 管 取 代 中心混凝土 而 形 成 的 中 空 夹 层 钢 管 混 凝 土，继 承 了 实心钢管混 凝 土 的 优 点，又 具 有 抗 弯 刚 度 大 和 质 量 轻的特点，研 究 中 空 夹 层 钢 管 混 凝 土 的 压 扭 性 能 是 研究其他复杂 受 力 状 态 下 力 学 性 能 的 基 础。 与 方、 矩形截面相比，圆形截面具有更好的力学性能，不易 发生局部屈曲［1］。
Theoretical research on concrete filled double-skin steel tubular members subjected to compression and torsion
HUANG Hong，GUO Xiaoyu，CHEN Mengcheng （ School of Civil Engineering and Architecture，East China Jiaotong University，Nanchang 330013，China）
采用有限元对 文 献［8］中 的 圆 中 空 夹 层 钢 管 混 凝土构件进行模拟，并将计算结果与试验结果进行比
333
表 1 试件主要参数 Table 1 Parameters of specimens
试件编号
Do /
to /
Di /
ti /
L/
fyo /
fyi /
fcu /
mm
mm
mm
mm
mm
MPa MPa MPa
摘要： 利用软件 ABAQUS 对圆中空夹层钢管混凝土压扭构件进行有限元分析，对构件的破坏形态、剪应力在横截面上的分 布、内外钢管与混凝土的相互作用、内外钢管与混凝土各自承担的荷载进行了分析，研究了先扭后压和先压后扭两种加载 工况对圆中空夹层钢管混凝土压扭构件工作机理的影响。并对先压后扭加载工况下空心率对钢管、夹层混凝土各自承担 荷载的影响规律进行分析。结果表明： 不同加载工况对圆中空夹层钢管混凝土压扭构件工作机理的影响不大； 加载方式不 同，钢管与混凝土相互作用的发展过程不同，极限荷载时先压后扭加载工况下的外钢管与混凝土相互作用力略大； 在压扭 复合作用下，构件破坏时，混凝土承担较大的轴力，钢管承担较大的扭矩； 空心率越大，构件中混凝土承担的扭矩越小。 关键词： 圆中空夹层钢管混凝土； 压扭； 有限元分析； 加载工况； 工作机理 中图分类号： TU398． 902 文献标志码： A
建筑结构学报 Journal of Building Structures 文章编号： 1000-6869（ 2013） S1-0332-07
第 34 卷 增刊 1 2013 年 8 月 Vol. 34 Suppl. 1 Aug． 2013
050
圆中空夹层钢管混凝土压扭构件有限元分析
黄 宏，郭晓宇，陈梦成 （ 华东交通大学 土木建筑学院，江西南昌 330013）
国内外一些学者对压扭构件的力学性能做了试 验和理论方面的 研 究。 张 誉 等［2］ 通 过 试 验 分 析 了 钢 筋混凝土压 扭 构 件 的 受 力 机 理，并 提 出 了 钢 筋 混 凝 土压扭构件承载 力 计 算 公 式 。 徐 玉 野 等［3］ 研 究 了 混 凝土异形柱在压力和扭矩共同作用下的抗扭性能， 主要考察了轴压比、截面形状、配筋情况对异形柱抗 扭性能的影响，试验结果表明，轴压比对钢筋混凝土 异形柱的抗 扭 性 能 影 响 较 大，异 形 柱 的 开 裂 扭 矩 和 极限扭矩随轴压比的增加而增大。彭淑华［4］对 H 型 型钢混凝土压扭构件极限扭矩的计算公式进行了推 导，并对不同 轴 压 比 范 围 内 构 件 的 受 力 性 能 进 行 了 分析，结果 表 明，在 一 定 的 配 筋 和 型 钢 情 况 下，公 式 计算值能够 较 好 地 反 应 构 件 的 实 际 抗 扭 极 限，在 一 定范围内，随 轴 压 比 的 增 大 构 件 的 极 限 扭 矩 增 大。 韩林海［5］利用有限元分析方法研究了实心钢管混凝 土压扭构件 在 不 同 加 载 路 径 下 的 工 作 机 理，结 果 表 明，实心钢管混凝 土 压 扭 构 件 T / Tu-N / Nu 相 关 曲 线 在不同加载路径 下 的 变 化 不 大 。 徐 积 善 等［6］ 通 过 试 验研究了钢管混凝土构件在压扭复合受力状态下的 反应及破坏机理，研究表明，钢管混凝土柱在压扭复 合受力时，具有较高的承载力和延性，能够充分发挥 两种材料的优点。 范 志 杰 等［7］ 采 用 有 限 元 分 析 方 法 对圆中空夹层钢管混凝土构件在先压后扭情况下的 荷载-变形全过程 进 行 了 分 析，并 研 究 了 在 整 个 受 力 阶段压扭构 件 的 剪 应 力 分 布、内 外 钢 管 相 互 作 用 和 轴压比的影 响，结 果 表 明，当 轴 压 比 较 小 时，随 着 轴 压比的增大，极限扭矩增加； 当轴压比较大时，随着 轴压比的 增 大，极 限 扭 矩 降 低。 但 其 并 未 讨 论 空 心 率、加载工况对构件受力性能的影响。