钢管混凝土叠合柱柱脚下混凝土局部受压性能研究

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发布时间：2021-09-12

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钢管混凝土叠合柱柱脚下混凝土局部受压性能研究
尧国皇
(中建国际(深圳)设计顾问有限公司深圳518048)
摘要：在选择了合理的钢材和混凝土本构关系模型的基础上，利用ABAQUS有限元软件对钢管混凝土叠合柱
柱脚下基础混凝土的局部受压性能进行了研究。结果表明内配钢筋网片能有效增A_L部荷栽在承台的传递扩散
范围，故提出相关的设计建议，可为相关研究和工程实践提供参考。
关键词：钢管混凝土叠合柱；柱脚；有限元法；局部受压
1 前言
钢管混凝土叠合柱(以下简称“叠合柱”)是由截
面中部的钢管混凝土和钢管外的钢筋混凝土叠合而
成⋯．这类组合构件不仅具有钢管混凝土构件的优
点．而且钢管外的混凝土还可起到抗火作用，还便于
装修，已有不少工程应用实例．如23层的辽宁邮政
枢纽大楼．33层的沈阳电力花园双塔．深圳卓越·皇
岗世纪中心项目的3幢超高层塔楼(其中塔楼最大
高度为280m) 钢管混凝土叠合柱适用于我国非
抗震和抗震地区的建筑结构．尤其是抗震设防地区
的高层建筑结构。具有较好的工程应用前景．CECS
188：2005《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》(以下
简称《规程》)的颁布实施使得叠合柱在实际工程中
的应用更具可操作性
众所周知钢管混凝土叠合柱脚是上部主体结
构与基础连接的重要节点．在结构中起着重要作用
目前叠合柱一般采用C60及以上的高强混凝土．而
基础仍采用C30左右的普通混凝土．叠合柱中钢管
内混凝土内力直接传人基础混凝土中．使柱脚处基
础混凝土的压应力大大超过其设计抗压强度f按局
部承压计算)．因此必须在柱脚处基础混凝土中预埋
钢筋网片．以提高柱脚处基础混凝土的抗压能力．保
证柱脚设计的可靠及安全
对于钢管混凝土叠合柱脚下基础混凝土局部受
压性能的研究成果还少见报道．对于预埋钢筋网片
的配置也没有相关的指南．为了深入研究这个问题．
本文在选择合理的材料本构关系模型基础上．采用
通用有限元软件ABAQUS 6．7i33进行分析．得出的结
论可为相关研究和工程实践提供参考
2 有限元模型的建立
2．1 材料本构关系模型
钢管、钢板与钢筋钢材采用ABAQUS软件中
提供的等向弹塑性模型．满足Von Mises屈服准则，
这种模型多用于模拟金属材料的弹塑性性能．用连
接给定数据点的一系列直线来平滑地逼近金属材料
的应力一应变关系该模型采用任意多个点来逼近
实际的材料行为，故与实际相当接近。钢管与钢筋钢
材采用理想弹塑性模型．弹性模量取2．06xl0sMPa，
弹性阶段泊松比取0．3
混凝土采用该软件中的塑性损伤模型．钢管内
核心混凝土单轴应力一应变关系采用文献『4]中提出
的适用于该软件有限元分析钢管混凝土的核心混凝
土单轴应力一应变关系模型，具体数学表达式如下：
f2· —
I [ ．( 一1) ]
式中： = ／ o；y=o-／t7o；O-o=f~(MPa)；So=e~+800· ∞·
10_6； =(1300+12．5 )xlO_6；7／=1．6+1．5／； ·
(1．2 )～； ·4 ·A。) 为核心混凝土圆
柱体抗压强度(MPa)：为钢管混凝土截面约束效应
系数i 为钢管钢材屈服强度；为混凝土立方抗压
强度标准值；A 、A 分别为钢管和混凝土的截面积。
钢管外混凝土及基础混凝土采用《混凝土结构
设计规范》附录C中提出的应力一应变关系模型：
混凝土弹性模量按该规范取值．泊松比取0．2
2．2 单元类型和截面划分
钢管和混凝土均采用了采用八节点减缩积分格
式的三维实体单元(C3D8R)．虽然这种单元与其它
高次等参单元相比．计算精度稍低．但却可以减少很