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方钢管高强混凝土轴压短柱非线性有限元分析

作　者: 梁禧
导　师: 杜喜凯
学　校: 河北农业大学
专　业: 结构工程
关键词: 方钢管高强混凝土短柱轴压非线性有限元分析应力-应变关系 ABAQUS
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

钢管高强混凝土,除了具备普通钢管混凝土的优点外,还可进一步节约混凝土并减轻结构自重,从而取得巨大的经济效益和良好的社会效益,因此钢管高强混凝土在实际工程中得到了越来越广泛的应用。然而,目前对方钢管高强混凝土短柱的研究偏重于试验研究,因此,有必要对方钢管高强混凝土柱进行有限元分析,对其在轴压作用下的受力性能进行进一步的分析研究。本文在以往有关研究成果的基础上,利用有限元分析软件(ABAQUS)建立方钢管高强混凝土短柱模型,采用有限元分析法对方钢管高强混凝土短柱在轴向受压状态下的破坏模式进行了研究,并着重讨论试验中难以测定的钢管和核心高强混凝土的纵向应力-应变关系,为其在工程中的广泛应用提供理论依据。具体进行了以下几个方面的工作:(1)利用ABAQUS有限元软件建立方钢管高强混凝土短柱模型,选择适合的钢管和核心高强混凝土本构关系模型。其核心高强混凝土采用ABAQUS提供的塑性损伤模型,使用修正的Drucker-Prager屈服准则和非相关流动法则来描述混凝土在低围压下的脆性损伤及高围压下的塑性流动两种主要变形机制;钢管采用ABAQUS提供的等向弹塑性模型,使用Von Mises屈服准则和相关流动法则来描述其塑性变形;在模型中,考虑到钢管与核心混凝土之间的粘结滑移作用,钢管与核心混凝土界面法线方向的接触采用硬接触,即垂直于接触面的压力可以完全地在界面间传递;钢管与混凝土界面切向模型,使用库仑摩擦模型,即界面可以传递剪应力,直到剪应力达到临界值后界面之间产生相对滑动;此外,采用对试件施加初始缺陷的方法来考虑钢管局部屈曲的影响,有限元计算时,假定钢管的初始几何缺陷呈半波分布。(2)采用有限元法对方钢管高强混凝土轴压短柱的受力性能进行分析研究。分析了方钢管高强混凝土短柱轴向受压的破坏模态,较为深入的揭示了方钢管高强混凝土短柱在轴向受压状态下的受力性能。并着重讨论试验中难以测定的在钢管约束作用下的核心高强混凝土纵向应力-应变关系曲线和在核心高强混凝土支撑作用下方钢管的纵向应力-应变关系曲线。(3)研究了在单调加载作用下方钢管高强混凝土轴压短柱核心高强混凝土的纵向应力-应变关系曲线,分析混凝土强度、钢管的截面宽厚比对核心混凝土纵向应力-应变曲线的影响规律,提出了考虑钢管约束效应的混凝土纵向应力-应变关系曲线模型以及骨架曲线上几个特征参数的计算公式,为简化的纤维模型分析提供材料的单轴本构关系模型。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 引言  8
  1.2 钢管高强混凝土结构的种类和特点  8-11
    1.2.1 钢管混凝土的分类  8-9
    1.2.2 钢管高强混凝土的特点  9-11
  1.3 钢管高强混凝土的发展和研究  11-14
    1.3.1 钢管高强混凝土的发展和研究  11-12
    1.3.2 基于ABAQUS 有限元软件的钢管混凝土的分析研究  12-14
  1.4 本文的研究目的、方法和主要内容  14-16
2 有限元分析方法的基本理论  16-22
  2.1 引言  16
  2.2 有限元方法的基本思想及分析步骤  16-18
    2.2.1 有限元方法的基本思想  16
    2.2.2 有限元方法的分析步骤  16-18
  2.3 非线性有限元的分析方法  18-19
    2.3.1 单元分析  18-19
    2.3.2 整体分析  19
  2.4 非线性方程组的求解方法  19-20
    2.4.1 增量法  19
    2.4.2 迭代法  19-20
    2.4.3 混合法  20
  2.5 收敛判断准则  20-21
  2.6 本章小结  21-22
3 方钢管高强混凝土轴压短柱有限元模型  22-34
  3.1 引言  22
  3.2 钢材和高强混凝土的本构关系  22-29
    3.2.1 钢材  22-25
    3.2.2 核心高强混凝土  25-29
  3.3 有限元计算模型  29-32
    3.3.1 选取单元  29
    3.3.2 划分单元网格  29
    3.3.3 混凝土与钢管界面模拟  29-30
    3.3.4 加载模式  30
    3.3.5 考虑钢管初始缺陷的影响  30
    3.3.6 非线性方程组的求解  30-32
  3.4 本章小结  32-34
4 方钢管高强混凝土轴压短柱的非线性有限元分析  34-50
  4.1 引言  34
  4.2 计算模型的建立  34-36
    4.2.1 钢管和核心混凝土轴侧图  34-35
    4.2.2 部件之间的接触  35-36
  4.3 计算结果分析  36-48
    4.3.1 钢管高强混凝土柱的破坏模态  36
    4.3.2 核心高强混凝土纵向应力-应变关系分析  36-44
    4.3.3 钢管纵向应力-应变关系分析  44-48
    4.3.4 方钢管高强混凝土核心混凝土峰值应力的研究  48
  4.4 本章小结  48-50
5 基于核心高强混凝土本构关系模型研究  50-54
  5.1 引言  50
  5.2 核心混凝土单轴本构关系模型理论特征参数  50-52
    5.2.1 核心混凝土极限强度的研究  51
    5.2.2 核心混凝土峰值应变的研究  51-52
  5.3 核心高强混凝土单轴应力-应变全曲线方程  52-53
  5.4 本章小结  53-54
6 结论  54-56
  6.1 本文主要工作及结论  54
  6.2 后继工作  54-56
参考文献  56-60
在读期间发表的学术论文  60-61
作者简历  61-62
致谢  62-63

方钢管高强混凝土轴压短柱非线性有限元分析

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