文档介绍：钢筋混凝土异形柱的轴心受压有限元分析
【】运用有限元方法对L形和T形截面钢筋混凝土异形柱进行了轴心受压承载力的数值分析,从极限荷载、荷载-应变曲线、荷载-变形曲线等方面比较了计算值与试验值,结果表明有限元计算结果与试验结果吻合较好。同时,计算值与试验值相比还有一定的误差,这是由于多方面的因素造成的,包括试验条件,模型材料参数及本构关系的选取等。
【关键词】钢筋混凝土,有限元分析,异形柱,轴心受压
概述
近年来,随着社会的不断进步与发展,人民生活水平得到极大提高,对住宅的数量、功能和形式的要求不断提升。传统的砖混结构住宅虽然具有施工简单,造价低廉等优点,但除了其结构本身强度低,自重大,抗震能力差,建筑功能局限大等缺点外,大量建造砖混结构房屋所带来的恶劣后果已越来越明显。因此,近年来,异形柱大开间框架结构引起工程界越来越广泛的重视[1]。
本文对钢筋混凝土异形柱基本构件进行了轴心受压承载力有限元分析,对分析结果和试验结果进行比较,得出了初步成果对将来钢筋混凝土异形柱建筑结构研究提供了基础。
试验参数
水泥:425#普通硅酸盐水泥,砂为水洗河砂(中砂),石子为豆石,粒径为5-15mm;钢筋:纵筋为HPB235级Φ8的圆钢,;混凝土:强度等级为C40,实际配合比为1∶∶∶(水泥∶砂∶石子∶水)。
试件分为两种截面(即L形和T形),分别用符号Lm,柱肢厚度取为100mm,柱长均为1200mm,采用复合箍筋,间距取150mm。
有限元模型
混凝土单元采用8结点六面体单元,该单元每个结点均有三个平动自由度,可以考虑混凝土这类非线性材料的很多非线性性质,将钢筋分布于整个单元中【2】,假定混凝土和钢筋粘结很好,并把单元视为连续均匀材料。钢性垫块均采用实体结构单元,每个节点具有X,Y,Z位移方向的三个自由度。具有塑性、徐变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变的特征【3】。
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在建立混凝土的本构关系时一般都是基于现有的连续介质力学的本构理论,再结合混凝土的力学特性,确定甚至调整本构关系中各种所需的材料参数。通常,混凝土的本构关系可以分为线性弹性、非线性弹性、弹塑性和其他力学理论等四类。其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系。
混凝土的本构关系借用Hognested提出的σ-ε曲线,其表达式为:
在公式(3-2)中,fc为曲线的应力峰值,取为混凝土的抗压强度;ε0为应力峰值所对应的应变,均取为ε0=;εcu为混凝土极限压应变,取值为εcu=。
钢材材料性质【4】【5】
文算例所模拟的钢材包括有钢筋和钢性垫板,其应力-应变关系均采用双线性随动强化模型(Bilinear KinematicHarding),即理想弹塑性模型,屈服准则选用Mises准则。钢材材料的参数见表3-2。
建立模型
本文算例采用的是自底向上的方法建立有限元模型。由于柱模型采