有限元分析试件ZJ-1、ZJ-2破过程式为:当肩梁承载力接近屈服荷载时,腹板受压区域出现了屈曲,随着荷载增大,变形逐渐向斜下方发展,直至出现一条与水平线成大约45°的斜压带,引起翼缘屈曲,最终结构由于变形过大而丧失承载能力。具体破坏形式见图2,荷载位移曲线见图4。中柱肩梁在荷载作用下,柱受压翼缘基本未发生破坏,而肩梁腹板发生较大变形;随着荷载继续增大,塑性区继续扩展,最终,肩梁由于腹板变形过大而丧失承载力,中柱肩梁的破坏模式为腹板屈曲而引起截面破坏。
BJ-1,BJ-2的破坏过程与试件ZJ-1、ZJ-2不同。表现为当肩梁承载力接近屈服荷载时,受压翼缘发生轻微屈曲变形;随着荷载增大,腹板受压区域出现了屈曲,形成了一条与水平线成约45°的斜压带,最终结构由于变形过大而丧失承载能力。具体破坏形式见图3,荷载位移曲线见图5。边柱肩梁的破坏由受压翼缘开始,翼缘发生屈曲后,对腹板的约束减弱,进而腹板发生较大变形,整个截面发生屈服而丧失承载力,边柱肩梁的破坏模式为翼缘屈曲而引起的截面破坏。
采用有限元软件ANSYS进行建模分析,钢材与混凝土的本构关系根据试验试件的材性试验确定,钢材采用Solid45单元,混凝土采用Solid65单元。Q345钢的弹性模量E=1.92×105N/mm2,泊松比ν=0.3,屈服强度fy=414N/mm2,极限抗拉强度fu=569N/mm2。Q235钢的弹性模量E=2.0×105N/mm2,泊松比ν=0.3,屈服强度fy=311N/mm2,极限抗拉强度fu=472N/mm2;混凝土标号为C30,不考虑包辛格效应影响。钢材与混凝土的本构模型见图6,有限元模型见图7。将有限元计算结果与试验结果进行比较,见图8和图9,荷载位移曲线对比见图10。经过对比可知计算结果与试验结果能够较好吻合。钢管混凝土柱肩梁边柱高厚比有限元参数分析共设置5个模型(GHB1~GHB5),中柱试件共5个模型(GHZ1~GHZ5)。经有限元计算,边柱高厚比模型荷载-位移关系对比见图11,具体数值见表3;中柱高厚比模型荷载-位移关系对比见图12,具体数值见表4。通过比较发现:边、中柱肩梁的屈服荷载与极限荷载增加速度随着高厚比的减小(腹板厚度增加)而减慢。边柱肩梁腹板厚度每增大2mm屈服荷载增加约152kN;中柱肩梁腹板厚度每增加2mm极限荷载增大约204kN。但随着高厚比的减小,Py/Pu值逐渐增大,两者数值逐渐接近,将对结构的安全产生不利影响。
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