基于粘结滑移的钢骨混凝土受扭构件非线性有限元分析

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钢骨混凝土因其高承载力、耐火性、耐久性以及优越的抗震性能等在高层建筑结构中得到了广泛应用。我国相关规范《钢骨混凝土结构设计规程》YB9082-97与《型钢混凝土组合结构技术规范》JGJ38-2001中均未定义钢骨与混凝土间的粘结滑移。前者单纯的叠加钢骨与混凝土,认定二者并无粘结;后者则在平截面假定的基础上进行计算,不考虑钢骨与混凝土之间的滑移。但是,大量试验数据证明,钢骨与混凝土间之间的粘结滑移不能被忽略。本文在考虑粘结滑移的基础上采用ABAQUS有限元软件对钢骨混凝土纯扭构件的受扭性能进行了研究。本文工作及结果如下:(1)在构件模型的建立过程中,研究了ABAQUS混凝土损伤塑形模型理论,其中主要包括混凝土本构关系的建立与损伤因子的计算。同时,本文创新性地采用Cohesive单元及库伦摩擦模型来模拟钢骨与混凝土之间的相互关系,并论证了其有效性。(2)通过ABAQUS有限元对12个构件进行分析,分别考虑叠加原理、约束范围、纵筋变化、箍筋变化、钢骨形式变化、有无粘结滑移等因素下的钢骨混凝土构件在纯扭作用下的抗扭性能。(3)研究箱型钢骨混凝土纯扭作用下的扭矩-扭率曲线、各部件等效应力分布、塑性应变累计分布以及表面压应力分布图等得出箱型钢骨混凝土纯扭作用下的四阶段受扭变形过程:弹性阶段、开裂阶段、弹塑性阶段及破坏阶段。(4)将采用叠加法计算所得的结果与有限元分析值进行对比,理论计算值偏低,较为保守。以ABAQUS有限元分析数据为基础,在传统的叠加原理上考虑了钢骨与混凝土的相互作用以及箱型钢骨内部核心混凝土的抗扭作用,结合现行规范、变角空间桁架模型理论及塑性理论,建立了较为满意的箱型钢骨混凝土纯扭作用下的极限扭矩计算方法。
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