方钢管混凝土轴心受压构件受力性能数值分析
摘要:本文以ABAQUS为平台,建立一套分析方钢管混凝土有限元模型。其中核心混凝土采用混凝土损伤塑性模型,钢管采用弹塑性模型。在单轴受压作用下,分析了钢管混凝土力学性能受含钢率的影响规律和受力机理。
关键词:钢管混凝土 轴压构件 含钢率 有限元法
Abstract:This paper presents a finite element model (FEM) for the
analysis of concrete filled square steel tubes (CFT) based on ABAQUS.
The damage plastic model is used tu describe core concrete and
elastic-plasticity model to describe the steel tube.Under the condition of
axial compression, the effects of parameters to CFT ’s mechanical
performance are studied. The parameters taken in account are steel ratio.
Keywords:concrete filled steel tube, axial compression members,
steel ratio, the finite element method
钢管混凝土柱具有塑性和韧性良好、稳定承载力高、节点构造简单、连接方便、有良好的抗弯性能、施工进度快等优点,日益受工程界重视,目前在我国应用越来越广泛。传统的试验研究由于具有投资大、周期长、参数变化困难等缺点,已经不能满足工程界的需要[1-3]。ABAQUS是功能强大的非线性有限元软件,可以很容易的为复杂问题建模,并可以全过程分析荷载变形等工程数据。为分析含钢率对钢管混凝土承载力的影响规律及钢管对核心混凝土强度提高的程度,本文采用大型有限元软件ABAQUS对不同含钢率下核心混凝土的力学特性进行了数值分析。
第２期（总第１３２ １ ２００８年４月 中圄千盛王 ＣＨＴＮＡ ＭＵＮＩＣＩＰＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＣ Ｎｏ ２（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ１３２） Ａｐｒ．２００８
桁式钢管混凝＋拱桥面内极限承载受力研究
陈海滨 （上海市政工程设计研究总院道路桥梁设计研究院，上海２０（）０９２） 摘要：以４管桁式钢管濉凝土拱桥为实例．采州弹塑性大变形计算理论，对拱桥而内极限承载受力全过程进行研究。 刈拱 失稳形态和拱肋 向位移、轴力、弯矩的发展等方面作了比较。最后对钢管混凝土拱桥设计规范（修订稿）中 的简化计算方法进行了¨论 、 关键词：钢管混凝土拱桥；面内极限承载受力；拱肋；简化计算方法；研究 中图分类号：Ｕ４４８．２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—４６５５（２００８）０２—００２４—０３ 近年来，钢管混凝土拱桥在我国发展很快，但 理论和试验研究相对落后。此类拱桥在实际应用中 出现了一些问题，因此很有必要对此类拱桥非线性 结构行为和极限承载能力进行探讨。目前，对单元 和哑铃形拱肋钢管混凝土拱桥的极限承载受力全过 程已有学者进行了相关研究 ｊ，包括有限元计算和 实验研究，而埘桁式钢管混凝土拱桥的受力特性研 究还比较少，往往局限于面内外的特征值稳定研究。 拱的面外稳定，主要通过横撑布置的方式和数 量来保证，而截面设计则是影响拱桥面内稳定的重 要冈素 、研究桁式钢管混凝土拱面内极限承载受力 的全过程可以对桁式拱桥的设计提供有效的参考与 借鉴。 本义以一座４管桁式钢管混凝土拱桥为原型， ’、 采用弹塑性大变形计算理论Ｉ Ｉ，考虑材料和几何双重 非线性的影响，对其在对称和反对称活载作用下面 内极限承载受力过程进行详细研究，并将非线性有 限７亡和从相关规范归纳出的简化算法的计算结果进 行比较。 １计算模型 以图１所示的中承式钢管混凝土拱桥为实例进 行分析，桥面结构为漂浮体系，拱肋与桥面系之间 的传力路径十分明确，存拱肋稳定计算中可以不考 虑桥面的作用。桥梁全长３３０ ｉｎ、跨度３０８ ｍ，矢高 ５６ ｍ，悬链线拱轴；桥宽ｌ４．７ Ｉｌｌ，由２片拱肋组成。 每片拱肋为４个 ８５０ ｍｉｌｌ的钢管组成的矩形桁架， 拱肋弦管钢材采用Ｑ３４５ ｃ。上弦钢管的管壁厚度均 为ｌ２ ｉＩｌｉｎ，下弦分为拱脚２０ ｌｎｍ、近拱脚处１４ Ｉｌｌｌ＇／ｌ、 其他部位１２ ｍｍ共３种，钢管内灌注Ｃ５０级微膨胀混 凝土。拱肋上、下弦钢管中心距离为５ ２００ＩｎＰｏ，内外 收稿日期：２（）（）８—０２～１８ ・２４・ 钢管中心距为２ ５５０／ｉｌＩｌｌ。上、下弦钢管之间采用 ４，５２９ ｒｉｌｍ ｘ １０ ｍｍ的钢管作为腹杆进行连接，腹杆 钢管的钢材采用Ｑ２３５ ｃ。 ３０７．９４
科研开发
钢管混凝土柱环梁节点非线性有限元分析＊
王彦戚跃然
（湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭４１１２０１）
摘要：采用ＡＮＳＹＳ有限元软件建立钢管混凝土柱环梁节点三维实体模型，对节点模型的变形、应力应变情况、开
裂状态进行非线性分析。结果表明，有限元分析结果与试验结果吻合较好，指出了环梁破坏的３种形式，并提出适
当的框架梁一环粱配筋比可以控制节点破坏形态，对设计此类节点有较好的参考价值。
关键词：钢管混凝土；环粱节点；非线性有限元
ＤＯＩ：１０．３９６５Ｉ／Ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－９９６３．２０．１３．０２．００４
ＮｏＮＬＩＮＥＡＲ—ＦＩＮＩＴＥ—ＥＬＥＭＥＮＴ ＳＴＵＤＹ ｏＮ ＲＥＩＮＦｏＲＣＥＤ ＣｏＮＣＲＥＴＥ
ＲＩＮＧ ＢＥＡＭ ＪｏＩＮＴ ＦｏＲ ＣｏＮＣＲＥＴＥ—ＦＩＬＬＥＤ—ＳＴＥＥＬ－ＴＵＢＥ ＣｏＬＵＭＮ
Ｗａｎｇ Ｙａｎ Ｑｉ Ｙｕｅ ｒａｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎｇｔａｎ ４１１２０１，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ａ ３Ｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅ１ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｒｉｎｇ ｂｅａｍ ｊｏｉｎｔ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ＡＮＳＹＳ ｆｏｒ
ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅ１ ｔｕｂｅ ｊｏｉｎｔｓ，ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｓ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔｓ ｍｏｄｅ１ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ，ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｇｒｅｅ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔ；ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ
【钢管混凝土拱桥拱座结构受力分析】钢管混凝土拱桥结构及受力特点分析
某中承式钢管混凝土拱桥拱肋的理论计算跨径为152m，拱肋直径1.5m，厚度为2cm，内部浇筑C50混凝土，计算矢高为47m，矢跨比为1/3，拱肋拱轴线采用倒悬链线，拱轴系数为1.55。拱肋采用圆形截面，主梁采用扁平流线形钢箱截面，拱肋设18对吊杆。下部结构为钢筋混凝土拱座及承台接钻孔灌注桩基础。桥面铺装采用6cm厚环氧沥青。钢箱梁主体结构均采用Q345-C钢，钢箱拱肋结构采用Q345D钢，其技术指标应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-94）的相关要求，盖梁及墩柱采用C40混凝土，拱座及承台采用C30混凝土，基桩采用C25混凝土。桥梁设计荷载为公路-I级，人群荷载5.0KN/m2；环境类别为II类；设计安全等级为一级。
Midas/Civil有限元模型
使用Midas/Civil建立全桥模型，本桥3D模型按照桥梁设计选择相应的材料和截面特性。模型划分共计368个节点，378个单元，其中梁单元360个，桁架单元18个，考虑到的各作用效应有：
（1）恒载：自重以及设计荷载；
（2）均匀温度：结构因均匀温升、温降，梯度温升、温降产生的作用效应按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）规定计算。
（3）支座沉降：支座不均匀沉降按1cm考虑。
（4）车辆荷载：按最不利车辆荷载考虑，车辆为公路—I级五车道，人群荷载为5.0KN/m。
本桥考虑2.5%的桥梁纵坡。模型节点单元见图3。其中，拱肋单元编号为155~322，共计167个单元。
图1 钢管混凝土拱桥有限元模型
永久作用分项系数按照作用对结构承载能力不利的情况选取，可变作用分项系数按照规范的要求进行取值。各荷载组合系数见表3。
表3 荷载组合系数
名称 荷载工况 组合系数
