钢骨混凝土纯扭构件抗扭刚度的有限元分析

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钢骨混凝土结构是一种新型的组合结构,能够同时发挥混凝土与钢骨的材料特性。因其承载能力大、抗震性能好的优点在工程中得到了广泛应用。在我国,关于构件抗扭的研究起步较晚,且目前对于钢骨混凝土构件的抗扭性能的研究非常少。我国相关规范《钢骨混凝土结构设计规程》(YB9082-97)和《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001)均为提出钢骨混凝土纯扭构件的相关计算方法与公式。因此,对钢骨混凝土构件在纯扭状态下的抗扭性能的研究有着重要意义。本文在全面了解结构构件扭转问题试验和理论研究的基础上,对钢骨混凝土纯扭构件的抗扭刚度进行了研究。本文共采用六个构件,其中一根钢筋混凝土构件,其余五根均为钢骨混凝土构件。通过钢筋混凝土构件与钢骨混凝土构件进行对比来研究有无钢骨对构件抗扭刚度的影响。五根钢骨混凝土构件分别在约束范围变化、混凝土强度以及配筋率变化的情况下进行分析。通过非线性有限元软件ABAQUS对所有构件进行模拟,得出了钢骨混凝土纯扭构件在各个典型分析步下混凝土、钢筋以及钢骨的应力应变关系,较好的展现了钢骨混凝土纯扭构件的抗扭性能。在对比各构件扭矩-扭率曲线的基础上,对不同参数情况下的抗扭刚度进行了分析。钢骨混凝土构件的抗扭刚度可以理想化为三个阶段:开裂前的弹性阶段、开裂后至钢骨混凝土构件屈服以及屈服后至极限状态三个阶段。在参考并结合钢筋混凝土构件、钢-混凝土组合构件的扭转刚度的计算理论和方法的基础上,推导了钢骨混凝土构件开裂时、屈服时以及极限状态时抗扭刚度的计算公式。通过对比有限元值与计算值,初步验证了公式的正确性。最后,对本文的研究作了总结,并提出了研究存在的问题。
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