第３ ９卷 第 ９期
２ ０ １ ３年 ３ 月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣ ＨＩ Ｔ Ｅ ＣＴ ＵＲ Ｅ
Ｖ０ １ ． ３ ９ Ｎｏ ． ９
Ｍａ ｒ ． ２ ０ １ ３
－３ ７・
文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ６ ８ ２ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ － ０ ０ ３ ７ － ０ ２
混凝土 钢管
目前 ， 研究 者对 空心钢管混凝土构件 的力学性 能开展 了大量 的试 验研究和理论分析 ， 相关 的研 究成果 在 Ｃ Ｅ Ｃ Ｓ ２ ５ ４： ２ ０ ０ ９空 心
钢管混凝 土结构技 术规 程 中已经有 所体 现 Ｊ 。为 了深入 了解 空
心 圆钢管混凝 土轴压构件 的工作机理 ， 本文应用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ软件对 短柱轴压 试验进行了模拟 ， 探 讨了有限元模 型建立 过程 中的几个
限元模拟 ， 着重讨论 了有限元模型 的建立 方法 ， 并通过模拟结 果与试验结果 的对 比验证 了有限元模 型的合理性。 关键词 ： 空心钢管混凝土 ， 短柱 ， 轴压 ， 有限元法
中图分类号 ： Ｔ Ｕ ３ ９ ２ ． ３ 文献标 识码 ： Ａ
０ 引 言
钢管混凝土结构 具有 承载力 高 、 抗震 性能 好 、 施工 简便 等 诸
１ ． ２ 材料模 型
ｒ
核 心混 凝土采用软件 自带 的塑性 损伤 （ ｄ ａ ｍａ ｇ ｅ ｄ ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉ ｔ ｙ ） 模
该模型能较好 的解 释低静水 压力下（ 一般小于 ４倍 ～５倍单轴 多优点 ， 经 过近半个 世纪 的发展 ， 已经 成为 了一 种 比较 成熟 的结 型 ， 混凝 土 的性 能 ， 例 如它 考 虑 了混 凝 土 拉 、 压性 能 的差 构体系 。近年来 ， 新 型 的钢管 混凝 土结构 形式 不 断涌 现 ， 空心 钢 抗压强 度） 异 ， 还能较好 的模拟混凝 土的不可逆 的损伤效应 Ｊ 。考虑 到空心 管混凝土就是其 中非 常具 有代表 性 的一种 。空 心钢 管混凝 土 又 故其 应力一 称离心钢管混凝土 ， 是采用离心法浇筑 管 内混凝 土并通 过蒸 汽养 钢 管混凝 土中钢管对核心混凝土 的约束作用 不 明显 ， 应变模 型可采用 Ｇ Ｂ ５ ０ ０ １ ０ － ２ ０ １ ０混凝土结构设计规范所 附的素混 生制 成的钢管混凝土构件 ， 具体应用时 ， 可先 在工厂 中预制 ， 再运 凝土应力一应变 关系表达式 ， 具体应 用时将上述 表达式转 化为 抵现 场组装。研究发现 ， 空心钢管混凝土杆 塔 比传 统 的钢 杆塔 能
关键 问题 ， 也为进一 步对该构 件开展多种 工况下 的非 线性分 析奠
定 了基 础 。
１ 有限元模 型
１ ． １ 试验 资料
试件 ｎ和 ｂ ） 为例 ， 其截 面如 图 １所示 。尺寸值 为 ： 钢管 外径 Ｄ＝
图 １ 空心钢管 混凝土截面示意图 图 ２ 钢材应 力一应变关 系
本 文以文献 ［ ３ ］ 中的一 组轴 压短柱试 件 （ 包括 两个 同截 面 的 １ ． ３ 网格 划分及 单 元选择
采用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ进行有 限元分 析时 ， 需要 同时考 虑 网格划 分密
３ ０ ０ ｍ ｍ ； 钢管厚度 ｔ ＝ ４ ． ７ ５ ｍ ｍ； 混凝土 厚度 ｔ ＝ ４ ０ ａ ｒ ｍ ； 约束 效应 度 的合理性 和经济 性 。本 文 采用 网格 试 验 的方 法确 定 其密 度 。 系数 。与 实心 圆钢管混凝土轴压短柱类 似 ， 其 试件 的长宽 比取值 即首先采用一个设定 的初 始密度划分 网格进行分 析后 ， 再采用 初 在 ３～ ４之 间 Ｊ ， 本例 中的试件 高度 Ｌ＝９ ０ ０ ｎ ｌ ｌ ｎ 。材料 强度值 为 ： 始密度 的两倍来 划分 网格并 重新 计算 ， 若两 者结 果差别 较 小 ， 则
钢材采 用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ材料 库 中的 等 向弹 塑 性模 型 ， 满足 Ｖ ｏ ｎ
Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 屈服准则 ， 可以较 好 的描述低 碳 钢 的弹塑性 性 能。具体 应
用 时采用文 献［ ４ ］ 中的应力一应 变关 系表达 式 （ 见图 ２ ） ， 该模 型 在对钢 管混凝 土构 件进行 有 限元分 析时较 为 常用 。同样 需将 上 述表达式转化 为真实应力一真实塑性应变关系后再输入 。
钢材强度 ＝ ３ １ ５ ． ８ ＭＰ ａ ； 混凝 土轴压 强度标准值厶 ＝２ ８ ． ４ ＭＰ ａ 。 认 为初始密度是 可行 的 ， 否则应按上述 方法继续细化 网格直至满
参 考 文献 ：
［ ２ ］ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｂ ｌ ａ ｓ ｔ Ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｎ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｆ ａ ｃ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ［ Ｚ］ ．
节约 ５ ０ ％及 以上钢材用量 。与预应力钢筋混凝 土杆塔 的材料 （ 钢 真实应力一 非弹性应变关系再输入 。
材和混凝土 ） 用量基本 相同 ， 但避免 了混凝 土开裂 问题 ， 提高 了结
构 的耐久性和安全度 … 。因此 ， 空心钢管混凝 土在 电力 工程建设 中有 很大的发展前景 。
空 心 钢 管 混 凝 土 轴 压 短 柱 的 有 限 元 分 析
赵 亮
摘
马 瞻
４ ５ ０ ０ ０ ３）
（ 中国建设银行股份有限公司河南省分行 ， 河南 郑 州
要： 在轴压试验结果 的基础上 ， 选择合理的材料本构关 系模 型 ， 应 用有限元软 件 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ对 空心 圆钢 管混凝土短柱 进行 了有
［ １ ］ Ｓ Ｉ － Ｉ ／ Ｔ ３ １ ６ ０ － ２ ０ ０ ９ ， 石油化工控制 室抗爆设计规 范［ ｓ ］