黃春曉，危子涵

1.安徽新華學(xué)院 土木與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230088；2.建筑結(jié)構(gòu)安徽省普通高校重點實驗室（安徽新華學(xué)院），安徽 合肥 230088

0 引言

中空夾層鋼管混凝土是將內(nèi)外兩層鋼管同心放置，在兩層鋼管之間澆筑混凝土形成的一種新型組合構(gòu)件［1］。這種新型組合構(gòu)件具有承載力高、塑性和韌性好、自重輕、抗火性能好等優(yōu)點，在工程領(lǐng)域具有較為可觀的應(yīng)用前景［2］。目前，已有學(xué)者對此類組合節(jié)點進行了試驗研究，但相關(guān)的數(shù)值分析不夠深入。本文利用ABAQUS 有限元軟件，建立了方中空夾層鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點的數(shù)值模型，獲得節(jié)點的彎矩-轉(zhuǎn)角和P-△曲線。將模擬結(jié)果與已有的試驗結(jié)果進行對比，驗證了所建模型的合理性，為進一步探索這類新型組合節(jié)點的力學(xué)性能奠定了理論基礎(chǔ)。

1 有限元模型

1.1 基本假定

假定所有焊接部位不發(fā)生撕裂破壞并且連接可靠，另外在低周反復(fù)荷載作用下組合柱中的核心混凝土與內(nèi)外鋼管應(yīng)變均協(xié)調(diào)。

1.2 材料的本構(gòu)關(guān)系

本文中數(shù)值模型中的鋼梁、鋼柱等其他鋼材采用二次塑流模型，單邊螺栓采用雙新性強化模型。由于柱中內(nèi)外鋼管的約束限制了核心混凝土的橫向變形，所以混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系采用了文獻［3］提出的本構(gòu)關(guān)系模型。

圖1 組合節(jié)點數(shù)值模型

表1 試件尺寸和材性參數(shù)

1.3 模型建立

本節(jié)點中的網(wǎng)格劃分均采用實體單元C3D8R 來進行模擬。通過對模型進行試算，最終確定合理的網(wǎng)格尺寸。本模型中的接觸采用允許“彈性滑動”的罰摩擦，采用焊接連接的鋼構(gòu)件設(shè)置為綁定。組合柱腳按鉸接模擬，施加有螺栓預(yù)緊力，在柱頂施加軸壓，并采用分級加載的制度施加水平方向的位移荷載。

2 已有試驗概況

為了驗證建立模型的合理性，本文對鋼管混凝土柱-鋼梁單邊螺栓平齊端板連接節(jié)點（編號CJM1、CJM2）［4］，鋼管混凝土柱-鋼梁單邊螺栓節(jié)點（編號MES1、MES2）［5］，對圓中空夾層鋼管混凝土柱-鋼梁剛性節(jié)點（編號CDSJ1、CDSJ2）［6］進行了數(shù)值模擬。試件的具體尺寸和材料強度見表1。

3 模擬結(jié)果與試驗曲線對比

采用前述有限元模型對6 個試件進行模擬分析，得到組合節(jié)點的梁柱連接處的彎矩-轉(zhuǎn)角和P-△曲線，如圖2。結(jié)果表明，數(shù)值模擬的結(jié)果和試驗結(jié)果吻合良好，驗證了文中所建模型的準確性。

圖2 組合節(jié)點的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線的有限元與試驗結(jié)果比較

4 結(jié)語

本文選用合理的材料本構(gòu)關(guān)系，利用ABAQUS有限元軟件，對6 個已有試驗的組合節(jié)點進行模擬分析，得到了組合節(jié)點處的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線。將模擬和試驗得到的結(jié)果進行對比，充分驗證了所建模型的準確性，并且得到了方中空夾層鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點的數(shù)值模型，為對這類新型組合節(jié)點的理論研究提供了技術(shù)支撐。