考虑粘结滑移的型钢混凝土复合受扭有限元分析

论文摘要

型钢混凝土结构（Steel Reinforced Concrete,简称SRC）是继钢结构和钢筋混凝土结构之后,又一种被工程界所接受并得到迅速发展的结构形式。型钢混凝土结构中,型钢与混凝土共同工作,可以充分发挥两种材料的性能。型钢混凝土结构与钢筋混凝土结构相比,由于其中配置的型钢的作用,构件的刚度、延性和承载力等有了很大提高,而且可以减小构件截面尺寸、减轻结构自重、减小地震作用。与钢结构相比,型钢混凝土的混凝土部分兼有参与构件受力与保护层的双重功能,型钢混凝土构件的混凝土与型钢共同作用,能有效防止型钢的局部屈曲,并能提高其整体刚度,显著改善型钢平面扭转屈曲性能,使钢材强度得到充分发挥,并且型钢混凝土在耐久性、耐火性等方面都比钢结构有明显的优越性。总而言之,型钢混凝土结构与钢筋混凝土结构和钢结构相比,能在较低的造价下提供更大的强度、刚度和良好的延性及耗能性能,具有显著的技术经济效益和社会效益,因此型钢混凝土结构越来越广泛的应用于大跨、重荷、高层及超高层建筑中。本文对型钢混凝土构件在承受纯扭、压扭的作用下通过有限元软件ANSYS进行了分析,对通过ANSYS软件计算时单元类型和材料属性的选取,以及具体的操作步骤进行了深入的研究。为以后使用ANSYS软件分析型钢混凝土的受扭提供一定的参考价值。过去对型钢混凝土受扭的有限元分析中不考虑型钢与混凝土之间的粘结作用,本文进行分析时,在模型中加入了型钢与混凝土之间的粘结单元,加载过程是预先对构件施加轴向压力,然后对构件施加扭矩,这种方式能够有效地提高有限元分析的精度,并且为研究型钢混凝土受扭时考虑粘结滑移提供了参考依据。型钢混凝土受扭性能优良,为研究型钢混凝土构件在承受扭矩作用时受力情况和影响因素,本文对型钢混凝土构件施加纯扭和压扭作用,考虑轴压比、型钢尺寸、构件截面尺寸等对型钢混凝土构件受力情况的影响,通过有限元计算得出构件的开裂扭矩、极限扭矩,与台湾国立中央大学的Hsu, H.- L,Wang, C.- L.所作试验中的纯扭构件进行比对验证,并且开展了对构件裂缝和应力情况的研究,得出了与试验接近的结果,为型钢混凝土复合受扭试验研究提供理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 型钢混凝土种类和特点
• 1.2.1 型钢混凝土种类
• 1.2.2 型钢混凝土特点
• 1.3 型钢混凝土国内外发展与应用
• 1.3.1 型钢混凝土国外发展与应用
• 1.3.2 型钢混凝土国内发展与应用
• 1.4 混凝土复合受扭构件研究概况
• 1.4.1 钢筋混凝土构件
• 1.4.2 型钢混凝土构件
• 1.5 型钢混凝土粘结滑移研究现状
• 1.5.1 国外研究现状
• 1.5.2 国内研究现状
• 1.6 课题来源及本文研究内容
• 第2章 型钢混凝土受扭理论研究
• 2.1 混凝土构件受扭性能
• 2.1.1 素混凝土受扭承载力
• 2.1.2 钢筋混凝土受扭性能和破坏形态
• 2.2 型钢混凝土构件受扭计算方法
• 2.2.1 型钢混凝土受扭构件计算研究思路
• 2.2.2 型钢混凝土纯扭构件开裂扭矩
• 2.2.3 型钢混凝土纯扭构件极限扭矩
• 2.3 型钢混凝土粘结滑移机理
• 2.4 本章小结
• 第3章 数值计算理论和有限元模型
• 3.1 非线性有限元理论
• 3.2 本构关系
• 3.2.1 钢材的本构关系
• 3.2.2 混凝土的本构关系
• 3.2.3 粘结滑移的本构关系
• 3.3 ANSYS 软件简介
• 3.4 选取单元类型
• 3.4.1 混凝土单元
• 3.4.2 钢筋单元
• 3.4.3 型钢单元
• 3.4.4 粘结单元
• 3.5 材料性质
• 3.5.1 混凝土材料
• 3.5.2 型钢与钢筋材料
• 3.6 本章小结
• 第4章 型钢混凝土纯扭构件数值模拟及理论分析
• 4.1 建模思路
• 4.2 有限元计算过程
• 4.2.1 试件尺寸
• 4.2.2 前处理
• 4.2.3 加载和求解
• 4.3 计算结果及理论分析
• 4.3.1 有限元计算的开裂扭矩和极限扭矩
• 4.3.2 混凝土的应力情况
• 4.3.3 型钢应力情况
• 4.3.4 荷载位移曲线
• 4.4 本章小结
• 第5章 型钢混凝土压扭构件数值模拟及理论分析
• 5.1 建模和计算过程
• 5.1.1 有限元研究对象
• 5.1.2 建立有限元模型
• 5.1.3 约束与加载方式
• 5.2 计算结果分析
• 5.2.1 破坏特征
• 5.2.2 应力分析
• 5.3 影响因素分析
• 5.3.1 轴压比
• 5.3.2 混凝土强度
• 5.3.3 型钢尺寸
• 5.3.4 箍筋间距
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢