论文部分内容阅读
【摘 要】本文利用ANSYS有限元计算软件，共建立了9个核心柱有限元模型，数值模拟混凝土等级、钢管壁厚及钢管厚径比对核心住粘结滑移性能的影响。
【关键词】钢管混凝土；核心柱；ANSYS；数值分析；粘结滑移
一、ANSYS数值分析的基本数据及其参数的设定
采用Solid65单元数值模拟混凝土材料，本构模型选取多线性等向强化MISO模型；采用Link8单元数值模拟钢筋，采用Solid45单元数值模拟钢管，两者本构模型选择双线性随动强化BIKN模型[1]；采用接触单元Contact174数值模拟各材料之间的接触面[2]。
二、粘性滑移基本机理[2]
钢管混凝土组合界面抗剪粘结力主要由三部分构成：水泥凝胶体与钢管接触表面之间产生的化学胶结力；粗糙不平的钢管内表面与混凝土之间产生的机械咬合力；钢管与混凝土接触面之间产生摩阻力。
三、不同混凝土强度等級核心柱荷载—滑移曲线数值分析
图1为A1、A2、A3顶部荷载—滑移曲线，本次模拟试验是在模型顶端加载，在初始受力时就发生滑动位移，A3曲线的上升趋势要大于A1、A2曲线、A1次之、A2上升的趋势最慢。分析结果表明，在相同荷载下，混凝土等级高的有限元模型所发生的滑动位移最小；滑动位移随着混凝土等级的提高而减小。三条曲线开始时，都呈平缓趋势增大，在此阶段粘结接触面的粘结力主要由胶结力和机械咬合力来承担；在荷载在增加到35.5MPA以后，三条曲线都发生了明显变化，出现明显的峰值点，表明此时粘结接触面化学胶结力已到达极限破坏，在继续施加荷载后，胶结力全部退出工作，并且机械咬合力也发生了一定的破坏，在此之后其粘结接触面的粘结力主要由摩阻力来承担。
图2为A1、A2、A3底部荷载—滑移曲线，低端在初始受力时就发生滑动位移，直到模型发生极限破坏，其滑动位移都一直增大。初始加载时就发生滑动位移的主要原因是因为在核心柱模型底部施加了约束，在初始加载时约束端产生支座反力。比较分析A1、A2、A3低部荷载—滑移曲线，A3曲线的上升趋势要大于A1、A2曲线、A1次之、A2上升的趋势最慢。分析结果表明，在相同荷载下，混凝土等级高的有限元模型所发生的滑动位移最小；滑动位移随着混凝土等级的提高而减小。三条曲线开始时，都呈平缓趋势增大，在此阶段粘结接触面的粘结力主要由胶结力和机械咬合力来承担；在荷载在增加到34MPA以后，三条曲线的斜率都发生变化，在此阶段以后，胶结力全部退出工作，由于机械咬合力也发生了一定的破坏，其粘结接触面的粘结力主要由摩擦力来承担。
四、初始滑移荷载和粘结破坏荷载影响因素数值分析
图3为混凝土等级与初始滑移荷载和粘结破坏荷载变化关系曲线，由于混凝土级别的改变，其混凝土的自身性质发生改变，进而会对粘结接触面的粘结力产生一定的影响。研究分析顶部和底部粘结破坏荷载与混凝土等级关系曲线，随着混凝土等级的提高其顶部和底部粘结破坏荷载随之提高。这主要是因为混凝土级别提高，增强了钢管内壁与核心混凝土之间的机械咬合力。研究分析中部初始滑移荷载与混凝土等级关系曲线，随着混凝土等级的提高其中部初始滑移荷载随之提高。
图4为钢管厚径比与初始滑移荷载和粘结破坏荷载变化关系曲线，由于厚径比的变大，钢管的刚度得到增加，钢管内壁与核心混凝土之间的机械咬合力随之得到明显的改善提高，增强了钢管内壁与核心混凝土之间的化学胶结力。研究分析顶部和底部粘结破坏荷载与钢管厚径比关系曲线、中部初始滑移荷载与钢管厚径比关系曲线，随着钢管厚径比的提高其顶部和底部粘结破坏荷载随之提高；其中部初始滑移荷载随之提高。
五、结语
1.本次数值模拟所得的荷载—滑移曲线与参考文献[2]中所述的荷载—滑移曲线基本吻合。
2.着重以不同混凝土强度等级来数值分析核心柱荷载—滑移曲线。
3.数值分析初始滑移荷载和粘结破坏荷载影响因素，比较不同模型之间对核心柱粘结滑移性能的影响。
参考文献
[1]杨勇，薛建阳，赵鸿铁.考虑粘结滑移的型钢混凝土结构ANSYS模拟方法研究.西安建筑科技大学学报.2006
[2]康希良.钢管混凝土组合力学性能及粘结滑移性能研究：（博士学位论文）.西安：西安建筑科技大学，2008
【关键词】钢管混凝土；核心柱；ANSYS；数值分析；粘结滑移
一、ANSYS数值分析的基本数据及其参数的设定
采用Solid65单元数值模拟混凝土材料，本构模型选取多线性等向强化MISO模型；采用Link8单元数值模拟钢筋，采用Solid45单元数值模拟钢管，两者本构模型选择双线性随动强化BIKN模型[1]；采用接触单元Contact174数值模拟各材料之间的接触面[2]。
二、粘性滑移基本机理[2]
钢管混凝土组合界面抗剪粘结力主要由三部分构成：水泥凝胶体与钢管接触表面之间产生的化学胶结力；粗糙不平的钢管内表面与混凝土之间产生的机械咬合力；钢管与混凝土接触面之间产生摩阻力。
三、不同混凝土强度等級核心柱荷载—滑移曲线数值分析
图1为A1、A2、A3顶部荷载—滑移曲线，本次模拟试验是在模型顶端加载，在初始受力时就发生滑动位移，A3曲线的上升趋势要大于A1、A2曲线、A1次之、A2上升的趋势最慢。分析结果表明，在相同荷载下，混凝土等级高的有限元模型所发生的滑动位移最小；滑动位移随着混凝土等级的提高而减小。三条曲线开始时，都呈平缓趋势增大，在此阶段粘结接触面的粘结力主要由胶结力和机械咬合力来承担；在荷载在增加到35.5MPA以后，三条曲线都发生了明显变化，出现明显的峰值点，表明此时粘结接触面化学胶结力已到达极限破坏，在继续施加荷载后，胶结力全部退出工作，并且机械咬合力也发生了一定的破坏，在此之后其粘结接触面的粘结力主要由摩阻力来承担。
图2为A1、A2、A3底部荷载—滑移曲线，低端在初始受力时就发生滑动位移，直到模型发生极限破坏，其滑动位移都一直增大。初始加载时就发生滑动位移的主要原因是因为在核心柱模型底部施加了约束，在初始加载时约束端产生支座反力。比较分析A1、A2、A3低部荷载—滑移曲线，A3曲线的上升趋势要大于A1、A2曲线、A1次之、A2上升的趋势最慢。分析结果表明，在相同荷载下，混凝土等级高的有限元模型所发生的滑动位移最小；滑动位移随着混凝土等级的提高而减小。三条曲线开始时，都呈平缓趋势增大，在此阶段粘结接触面的粘结力主要由胶结力和机械咬合力来承担；在荷载在增加到34MPA以后，三条曲线的斜率都发生变化，在此阶段以后，胶结力全部退出工作，由于机械咬合力也发生了一定的破坏，其粘结接触面的粘结力主要由摩擦力来承担。
四、初始滑移荷载和粘结破坏荷载影响因素数值分析
图3为混凝土等级与初始滑移荷载和粘结破坏荷载变化关系曲线，由于混凝土级别的改变，其混凝土的自身性质发生改变，进而会对粘结接触面的粘结力产生一定的影响。研究分析顶部和底部粘结破坏荷载与混凝土等级关系曲线，随着混凝土等级的提高其顶部和底部粘结破坏荷载随之提高。这主要是因为混凝土级别提高，增强了钢管内壁与核心混凝土之间的机械咬合力。研究分析中部初始滑移荷载与混凝土等级关系曲线，随着混凝土等级的提高其中部初始滑移荷载随之提高。
图4为钢管厚径比与初始滑移荷载和粘结破坏荷载变化关系曲线，由于厚径比的变大，钢管的刚度得到增加，钢管内壁与核心混凝土之间的机械咬合力随之得到明显的改善提高，增强了钢管内壁与核心混凝土之间的化学胶结力。研究分析顶部和底部粘结破坏荷载与钢管厚径比关系曲线、中部初始滑移荷载与钢管厚径比关系曲线，随着钢管厚径比的提高其顶部和底部粘结破坏荷载随之提高；其中部初始滑移荷载随之提高。
五、结语
1.本次数值模拟所得的荷载—滑移曲线与参考文献[2]中所述的荷载—滑移曲线基本吻合。
2.着重以不同混凝土强度等级来数值分析核心柱荷载—滑移曲线。
3.数值分析初始滑移荷载和粘结破坏荷载影响因素，比较不同模型之间对核心柱粘结滑移性能的影响。
参考文献
[1]杨勇，薛建阳，赵鸿铁.考虑粘结滑移的型钢混凝土结构ANSYS模拟方法研究.西安建筑科技大学学报.2006
[2]康希良.钢管混凝土组合力学性能及粘结滑移性能研究：（博士学位论文）.西安：西安建筑科技大学，2008