方形钢管混凝土轴压柱局部屈曲的有限元分析

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发布时间：2021-09-11

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方形钢管混凝土轴压柱局部屈曲的有限元分析
’ 龙跃凌，金雪峰
(1．广东工业大学土木工程系，广州510006；2．广州住宅建设设计院，广州510055)
摘要：分别建立方形空钢管柱和方形钢管混凝土柱的有限元分析模型，并对两者进行屈曲分析。通过与
相关试验数据以及理论计算结果比较，发现有限元分析结果与试验数据吻合良好，表明所采用的有限元
分析模型是合理的，可用于评估方形钢管混凝土柱钢管壁的屈曲强度。
关键词：方形钢管混凝土局部屈曲有限元分析屈曲强度
中图分类号：TU392．3 文献标识码：A
方形钢管混凝土柱较圆形钢管混凝土柱具有钢管
制作方便，与梁连接容易处理，施工方便，易于符合建
筑平面要求，截面相对开展而惯性矩大，适合作压弯构
件等优点，在某些方面具有圆形钢管混凝土柱无法替
代的作用⋯ 。
要使方形钢管与内填混凝土力学特性充分发挥，
节省材料，有必要对方形钢管混凝土柱钢管壁进行合
理的局部屈曲分析。本文分别建立方形空钢管柱和方
形钢管混凝土柱的三维有限元分析模型，对两者进行
特征值屈曲分析。
1 有限元模型建立
方形空钢管及方形钢管混凝土柱中的钢管均采用
8节点的Soild45单元，混凝土采用8节点的Solid65
单元。混凝土泊松比取0．2；钢材泊松比取0．3。在
本次分析中，混凝土采用多线性随动强化混凝土模型，
混凝土破坏准则采用William-Warnke五参数强度准
则。钢材选用双线性随动强化模型。由于方形钢管混
凝土的钢管纵向受压、横向受拉的受力特点，其屈服准
则采用Von Mises屈服准则。混凝土开裂裂缝剪力传
递系数和闭合裂缝剪力传递系数分别取0．2和0．8。
开裂后刚度折减系数取0．65。
对方形空钢管柱、方形钢管混凝土柱分别整体建
立有限元模型。其中，空钢管取宽度b=200 mm，厚度
t=3 mrll，长度z=1 200 mm。柱的上下端面均假定铰
收稿日期．2010-02．11；修回日期：2010-05-20
基金项目：广东省自然科学基金项目资(9451009001002744)；
广东工业大学博士基金(083061)。
作者简介：龙跃凌(1978一)，男，广东广州人，讲师，博士。
接，试件的有限元模型单元划分示意如图1(a)所示。
对于方形钢管混凝土柱，按文献[3]中试件LB1、LB3、
LB5、LB7、LB9的实际尺寸建模，具体尺寸见表1。柱
身的上下端面均假定铰接，试件的有限元模型单元划
分如图1(b)所示。