方钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析--ilxy.doc

方钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析 作者：ilxy 摘要：钢管混凝土是由钢和混凝土两种材料组合而成，受力机理十分复杂。本文采用ansys软件分析方形钢管混凝土轴压构件，混凝土采用考虑钢管约束效应的本构关系，钢材采用双线性随动强化模型，采用ansys参数化程序设计语言(APDL)编制了命令流，ansys计算结果和试验结果吻合良好。 关键词：方钢管混凝土 轴压 非线性有限元分析 Concrete-filled steel tubular(CFST) with square section axially compressive behavior nonlinear finite element analysis Abstract：The concrete-filled steel tubular is composed of steel and concrete。 It is very complicated to analysis its function mechanism. In this dissertation, ansys command streams are edited to analysis concrete-filled steel tube column with square section through the Ansys Parametric Design Language (APDL). The constitutive equations of the core concrete considering the restraint effect of steel tube is built, and the constitutive equations of the steel is bilinear kinematic(BKIN) model. The axial compression behavior of concrete-filled steel tubular with square section columns is analyzed, and the finite element analysis result is accord with the experiment result. Key words：concrete-filled steel tubular(CFST) , axially compressive behavior，nonlinear finite element analysis 1 前言 钢管混凝土是由钢和混凝土两种材料组成，由于两种材料的力学性能差异很大，其受力机理十分复杂。我国对于钢管混凝土的研究起于五十年代，1959年，原中国科学院哈尔滨土木工程研究所首先开始圆钢管混凝土的研究。进入80年代以后，原哈尔滨建筑工程学院(现哈尔滨工业大学土木工程学院)对于钢管混凝土的研究提出了统一理论[1]，把钢管混凝土视为一种统一的组合材料，用构件的整体几何特性和组合性能指标来计算构件的各项承载力，不再区分钢管和混凝土。2001年，哈尔滨工业大学的叶再利[2]进行了68根长方形和正方形的钢管混凝土轴压短柱的试验，试验结果说明，方钢管混凝土的中方钢管对于核心混凝土存在着约束，方钢管混凝土的承载力大于钢管和混凝土承载力的简单叠加,并且在试验的基础上提出了核心混凝土和钢材的纵向应力应变关系；2001年，哈尔滨工业大学的陈洪涛[3]对于各种截面钢管混凝土轴压短柱基本力学性能的连续性进行了研究，给出了各种截面形式的钢管混凝土的承载力的计算公式。国外对于钢管混凝土的研究也很成熟，1901年Sewell.J.S第一个发表文章报道了方钢管混凝土柱的应用情况，认为钢管内填混凝土不仅能防锈，还能提高刚度和承载力；1960年英国聂基等人对于管内混凝土三向受力时强度的提高及考虑钢管对于混凝土约束效应时的承载力计算方法进行了研究，是钢管混凝土计算理论上的一大突破；1967年，Furong[4]发表了8根圆钢管混凝土轴压柱、5根方钢管混凝土轴压柱和17根方钢管混凝土压弯构件的试验研究，试验结果初步阐明了钢管和混凝土之间的相互作用；此后，美国、日本、西欧、等工业发达国家对于钢管混凝土进行了大量的研究，取得了丰硕的成果，不少国家已经编制了自己的规范或者规程，目前的设计规程主要有EC4(欧洲)、ACI319-89(美国)、LRFD(美国，1994)和AIJ(日本)。 本文对于方形钢管混凝土轴压短柱进行理论分析，基于钢管混凝土的受力特点，可以建立核心混凝土的材料本构关系，考虑材料非线性和几何非线性以及刚度退化等因素的影响,采用ansys参数化程序设计语言（APDL