钢管混凝土框架结构抗震性能的非线性有限元分析

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发布时间：2022-07-11

资料介绍

[提要] 基于一榀两跨3层钢管混凝土框架的抗震性能模型试验,建立了基于钢管混凝土统一模量理论的钢
管混凝土以及考虑钗管约束效应的核心混凝土的本构方程.分别按照钢管混的统一模量型论和分店模
量理论,采用ANSYS参数化程序设计语言(APDL)编制了命令流,对模型框架在低周反复荷载作用下的抗震
性能进行了非线性有限元分析。计算结果与模型试验结果吻合较好,验证了基于统一模量理论的钢管混凝土
框架结构全过程分析方法的可行性,以及所编制的APDL命令流程序对钢管混凝土框架结构抗震计算的有效
性,为钢管混凝土框架结构的抗震设计提供了实用的计算软件。
[关键词] 钢管混凝土框架结构抗震性能非线性有限元分析统一模量分离模量
Based on lle model experunent on selsmic behalvior of a 2 span, 3 story concrele filed sleel lubular ( CFST / frame
under lateral cyclic loads, the conslilutive equal ions of 1he CFST in terms of the uniform modulus 1heory and the comr
stitulive equal ions of the core concrele considering the restraint effecl of steel lube are buit. A command stream is
ediled with the ANSYS Parametric Design Lange (APDL) . and Ihe nonlunear funite element analysis on the seis
mic behavior of the nlodel frame under laleral cyclic loads is compleled. The calculaled results are much coincided with
he lested resulls. which further proves the ralionalily of Ihe design melhod of the CFST frames, bascd on the unr
form modulus theory of CFST. and Ihe eflectiveness of ihe computer program of A PDL oommand slream for seismli
calculation of CFST frames, and provides a practical softw are for seismic desigm of CFST (rames.
Kevwords: concrele filled steel tubular / CFST) frame: seismic belhavior: nonlinear fimite element analysis: undorn
modulus；separated modulus
一引言
作用下的滞回性能进行了分析: 根据非线性有限元基
钢管混凝土是由钢管和混凝土两种材料组成,由
本理论,提出了适合于钢管混凝土框架的梁柱单元列
于两种材料的力学性能差异很大,其受力机理十分复
式,进行单层钢管混凝土框架荷载-位移滞回全过程分
杂通过理的单元划分,有限元方法可以很好地解
析．上述方法的计算结果与试验结果吻合良好 .
决两种材料的力学性能差异,获得令人满意的计算结
基于钢管混凝土受力特点,可建立适用于反复荷
果. 1997 年 Hajja 1 和 Schiler/21等提出两种用于方形
载作用下钢管混凝土结构材料的木构关系,分别应用
和矩形钢管混凝土结构和构件动力计算的有限元方
钢管混凝土统一模量理论和分离模量理论,考虑材料
法,一种方法采用考虑材料几何和物理非线性的纤维
非线性几何非线性和节点加强和刚度退化等因素的
模型,并用非线性滑移面模型模拟钢管和混凝土之间
影响，进而采用ANSYS的参数化程序设计语言
的滑移；另一种方法采用三维力空间的边界面模型来
(APDL)编制命令流,对钢管混凝土框架在低周反复荷
模拟钢管与混凝土的几何和物理非线性,准确地描述
载作用下的受力性能进行非线性有限元全过程分析 .
了钢材和混凝土在反复荷载下的应力应变关系，
二钢管混凝土框架模型试验
1991年Matsuani等131用KOSMOS有限元程序对钢管
根据现行规范和规程设计制作的一榀两跨3层钢
混凝土结构体系进行了三维弹塑性地震反应分析，程
管混凝土框架模型，详见文[8]，对该模型框架施加恒
序中钢管混凝土柱和组合梁都采用简单的双线性滞回
定竖向荷载和低周反复水平荷载进行抗震性能试验研
究结果表明 81,基于现行规范所设计的钢管混凝土框
模型．1994年屠永清提出一种有限元方法.钢材采
用双线性模型,混凝土采用修正的边界面模型。2000
架在地震时能形成梁铰破坏机制,框架的变形能力、
年张文福1 和钟善桐[7]等提出适合循环加载条件的核
承载能力延性耗能能力等受力性能均满足延性框架
的抗震要求，并且框架模型的有效延性系数达到了
心混凝土关系模型,模型考虑了三向及裂面接触效应,
采用切线刚度矩阵方法对钢管混凝土构件在反复荷载
* 天津市自然科学基金重点贸助项目013617411.