论文部分内容阅读
摘要：钢管混凝土的单轴抗压强度从一定程度上反应了钢管混凝土整体结构的抗压性能，本文分别对圆形钢管混凝土构件和曲面D形钢管混凝土构件进行了ANSYS模拟，通过其抗压强度的大小分析比较了圆形钢管混凝土和曲面D形钢管混凝土构件的单轴抗压强度，为钢管混凝土构件的截面形式的确定提供了良好的借鉴意义。
关键词：钢管混凝土；单轴抗压强度；截面形式
中图分类号：TV331文献标识码： A
1钢管混凝土构件工作原理
钢管混凝土是钢管内填充混凝土的构件，由于其具有良好的抗压能力，因此常用做受压构件，它充分利用了受拉性能良好的钢管和受压性能良好的混凝土的特点，充分了发挥了这两种材料的优势。其工作原理是，钢管约束混凝土的纵向变形，从而让混凝土处于三向受压状态，避免了混凝土内部微裂隙的发展，混凝土防治钢管发生屈曲，两种材料协同合作，从而提高了钢管混凝土支架的整体强度，避免了混凝土结构发生脆性破坏的可能性[1-6]。
2模型参数的赋值
本实验选取钢管混凝土短柱进行轴压分析，其相关力学参数取值如下：钢管：尺寸规格Ф1505mm，泊松比取值0.28，弹性模量取值2.06×105N/mm2，密度取7.85g/cm3，混凝土单元材料：泊松比取值0.2，弹性模量取值3.65×104N/mm2，黏聚力3.56 N/mm2，摩擦角55.6°，
实验分别选取断面形状为圆形钢管和正方形钢管，考虑长方形钢管其惯性矩的影响，因此，本文仅选取圆形钢管和正方形钢管混凝土进行轴压分析，圆钢管断面直径为140mm，换算成相同截面面积的正方形钢管截面尺寸为110mm，。
3圆形钢管混凝土构件轴压分析结果
3.1单元选型与建模
采用solid45单元模拟钢管，solid65单元模拟混凝土，材料之间不使用接触单元，采用vglue命令进行粘接。单元参数定义完成后即可对模型进行网格划分。网格划分可以分为自由网格、映射网格和扫略生成体网格三种形式，此模型采用映射划分网格，映射网格包含三角形单元或四边形单元，本次模拟采用四边形单元。
3.2加载、求解与结果输出
对圆型构件钢管混凝土进行轴压分析，采取一端固定，一端加载的方式，求解后，将其位移变化量的大小和方型钢管混凝土支架的位移变化量进行对比，从而对支架的截面进行优化。求解后的结果见图1。
图1 圆形钢管混凝土X的位移云图
Fig 1 The X Displacement nephogram of circular cross section concrete filled steel tube
4方形钢管混凝土构件轴压分析结果
方形钢管混凝土的单元选型与圆形钢管混凝土的单元选型类似，由于方形钢管混凝土构件的形状规则，因此，对其网格划分比较简单且便于控制，同样采取一端施加位移约束，一端加载的方式对其进行轴压分析，运行后的结果如图2所示。
图2 方形钢管混凝土X的位移云图
Fig 2 The X Displacement nephogram of square cross section concrete filled steel tube
5试验结果分析
通过对圆形，方型钢管混凝土的轴压分析，从二种截面钢管混凝土的变形图上可以看出，在相同长度，相同钢管周长，施加大小相同荷载情况下，圆形钢管混凝土的位移量為0.19mm，方型钢管混凝土的位移量为0.427mm，通过对位移量比较可知，圆形钢管混凝土的抗压性能也远远大于方形钢管混凝土的抗压性能。因此，在结构设计中应舍弃方型钢管混凝土构件作，将钢管混凝土构件设计为圆形较为合适。
结论
随着钢管混凝土的发展，钢管混凝土构件已广泛应用于桥梁，建筑，岩土等领域，近年来在煤矿领域也有着新的发展和突破，但随着世界能源的日益枯竭，对钢材的使用日益趋向低能，减排，节约，环保，因此，对钢管混凝土构件的截面形式进行力学分析和设计，已经成为当前工程领域迫切需要解决的问题之一，本文通过对常见的圆形钢管混凝土和方形钢管混凝土进行轴压分析得出结论：圆形钢管混凝土构件的单轴抗压强度要好于方形钢管混凝土，因此，在今后结构选型和结构设计中，当主要应用方形钢管混凝土构件，促进钢管混凝土构件在现实生活中的应用。
参考文献：
1. 李先德. 钢管混凝土结构在建筑工程中的应用[D]. 山东济南:山东大学,2007.
2.余志武,丁发兴,林松. 钢管高性能混凝土短柱受力性能研究[J]. 建筑结构学报. 2002,23(2):41-47.
3.韩林海,杨有福. 现代钢管混凝土结构技术[M]. 中国建筑工业出版社,2004.12.
4.韩林海. 钢管混凝土结构—理论与实践[M]. 科学出版社,2004.3.
关键词：钢管混凝土；单轴抗压强度；截面形式
中图分类号：TV331文献标识码： A
1钢管混凝土构件工作原理
钢管混凝土是钢管内填充混凝土的构件，由于其具有良好的抗压能力，因此常用做受压构件，它充分利用了受拉性能良好的钢管和受压性能良好的混凝土的特点，充分了发挥了这两种材料的优势。其工作原理是，钢管约束混凝土的纵向变形，从而让混凝土处于三向受压状态，避免了混凝土内部微裂隙的发展，混凝土防治钢管发生屈曲，两种材料协同合作，从而提高了钢管混凝土支架的整体强度，避免了混凝土结构发生脆性破坏的可能性[1-6]。
2模型参数的赋值
本实验选取钢管混凝土短柱进行轴压分析，其相关力学参数取值如下：钢管：尺寸规格Ф1505mm，泊松比取值0.28，弹性模量取值2.06×105N/mm2，密度取7.85g/cm3，混凝土单元材料：泊松比取值0.2，弹性模量取值3.65×104N/mm2，黏聚力3.56 N/mm2，摩擦角55.6°，
实验分别选取断面形状为圆形钢管和正方形钢管，考虑长方形钢管其惯性矩的影响，因此，本文仅选取圆形钢管和正方形钢管混凝土进行轴压分析，圆钢管断面直径为140mm，换算成相同截面面积的正方形钢管截面尺寸为110mm，。
3圆形钢管混凝土构件轴压分析结果
3.1单元选型与建模
采用solid45单元模拟钢管，solid65单元模拟混凝土，材料之间不使用接触单元，采用vglue命令进行粘接。单元参数定义完成后即可对模型进行网格划分。网格划分可以分为自由网格、映射网格和扫略生成体网格三种形式，此模型采用映射划分网格，映射网格包含三角形单元或四边形单元，本次模拟采用四边形单元。
3.2加载、求解与结果输出
对圆型构件钢管混凝土进行轴压分析，采取一端固定，一端加载的方式，求解后，将其位移变化量的大小和方型钢管混凝土支架的位移变化量进行对比，从而对支架的截面进行优化。求解后的结果见图1。
图1 圆形钢管混凝土X的位移云图
Fig 1 The X Displacement nephogram of circular cross section concrete filled steel tube
4方形钢管混凝土构件轴压分析结果
方形钢管混凝土的单元选型与圆形钢管混凝土的单元选型类似，由于方形钢管混凝土构件的形状规则，因此，对其网格划分比较简单且便于控制，同样采取一端施加位移约束，一端加载的方式对其进行轴压分析，运行后的结果如图2所示。
图2 方形钢管混凝土X的位移云图
Fig 2 The X Displacement nephogram of square cross section concrete filled steel tube
5试验结果分析
通过对圆形，方型钢管混凝土的轴压分析，从二种截面钢管混凝土的变形图上可以看出，在相同长度，相同钢管周长，施加大小相同荷载情况下，圆形钢管混凝土的位移量為0.19mm，方型钢管混凝土的位移量为0.427mm，通过对位移量比较可知，圆形钢管混凝土的抗压性能也远远大于方形钢管混凝土的抗压性能。因此，在结构设计中应舍弃方型钢管混凝土构件作，将钢管混凝土构件设计为圆形较为合适。
结论
随着钢管混凝土的发展，钢管混凝土构件已广泛应用于桥梁，建筑，岩土等领域，近年来在煤矿领域也有着新的发展和突破，但随着世界能源的日益枯竭，对钢材的使用日益趋向低能，减排，节约，环保，因此，对钢管混凝土构件的截面形式进行力学分析和设计，已经成为当前工程领域迫切需要解决的问题之一，本文通过对常见的圆形钢管混凝土和方形钢管混凝土进行轴压分析得出结论：圆形钢管混凝土构件的单轴抗压强度要好于方形钢管混凝土，因此，在今后结构选型和结构设计中，当主要应用方形钢管混凝土构件，促进钢管混凝土构件在现实生活中的应用。
参考文献：
1. 李先德. 钢管混凝土结构在建筑工程中的应用[D]. 山东济南:山东大学,2007.
2.余志武,丁发兴,林松. 钢管高性能混凝土短柱受力性能研究[J]. 建筑结构学报. 2002,23(2):41-47.
3.韩林海,杨有福. 现代钢管混凝土结构技术[M]. 中国建筑工业出版社,2004.12.
4.韩林海. 钢管混凝土结构—理论与实践[M]. 科学出版社,2004.3.