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鋼管與核心混凝土之間的粘結(jié)問題是鋼管混凝土結(jié)構(gòu)最基本的理論問題之一。近20年來，國內(nèi)外眾多學(xué)者開始了這方面的試驗(yàn)研究工作，取得了一些重要成果。鋼管與混凝土之間的相互作用非常復(fù)雜，用純理論的方法來研究鋼管混凝土界面抗剪粘結(jié)性能十分困難，采用有限元分析進(jìn)行鋼管混凝土界面抗剪粘結(jié)性能的數(shù)值模擬是比較經(jīng)濟(jì)和有效的方法，有限元分析的關(guān)鍵在于有限元分析模型的確定，包括單元的選取、材料本構(gòu)關(guān)系和破壞準(zhǔn)則的確定等，而且，鋼管與混凝土兩種材料的共同工作的模擬，即鋼管與混凝土界面的處理為有限元分析增加了難度。本研究將利用大型有限元分析軟件ANSYS對界面抗剪粘結(jié)性能進(jìn)行模擬。
選用ANSYS中的SHELL181殼單元來模擬鋼管。鋼材的應(yīng)力—應(yīng)變曲線按圖選取，考慮材料的彈塑性時(shí)，使用多線隨動(dòng)強(qiáng)化準(zhǔn)則，采用Von Mises屈服準(zhǔn)則和相關(guān)流動(dòng)法則。屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊松比根據(jù)鋼材的試驗(yàn)結(jié)果選取。
選用ANSYS中的SOLID65三維實(shí)體單元模擬混凝土。采用Solid65單元特有的混凝土單元數(shù)據(jù)來定義混凝土的強(qiáng)度準(zhǔn)則，核心混凝土立方體抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比取試驗(yàn)值。軸心抗壓強(qiáng)度fc=0.76fcu，抗拉強(qiáng)度ft=0.26fcu2 /3。雙軸抗壓強(qiáng)度fcb=1.2fc、靜水應(yīng)力狀態(tài)下的雙軸壓縮的極限抗壓強(qiáng)度和單軸的極限抗壓強(qiáng)度按程序默認(rèn)值取，即f1=1.45fc，f2=1.725fc，張開裂縫的剪力傳遞系數(shù)t=0.5，閉合裂縫的剪切傳遞系數(shù)c=0.9。采用Willam Warnke五參數(shù)破壞準(zhǔn)則檢查混凝土開裂和壓碎。模型 選用Solid65來模擬核心混凝土?xí)r，單元Solid65在求解過程中每迭代一次，就需要檢驗(yàn)單元是否有開裂現(xiàn)象，是否壓碎，且不斷對剛度矩陣進(jìn)行修正。
關(guān)于鋼管與混凝土界面的處理選用ANSYS中的接觸單元CONTAC173、目標(biāo)單元TARGE170，在大量計(jì)算的基礎(chǔ)上，將接觸剛度的比例因子取為0.1，核心混凝土與鋼材的摩擦系數(shù)方鋼管混凝土取0.2，圓鋼管混凝土取0.3，最大摩擦力取混凝土的抗拉應(yīng)力。
網(wǎng)格劃分質(zhì)量的好壞直接影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性及收速度，同時(shí)由于Solid65單元本身是采用彌散裂縫模型和最大拉應(yīng)力開裂判據(jù)，很多情況下會(huì)因?yàn)閼?yīng)力集中而使混凝土提前破壞，因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)該對單元?jiǎng)澐诌M(jìn)行有效控制，根據(jù)大量的計(jì)算，本計(jì)算模型只要當(dāng)最小單元尺寸不小于2cm時(shí)，就可以有效的避免應(yīng)力集中帶來的問題，同時(shí)考慮要得到合理計(jì)算精度和恰當(dāng)?shù)氖諗克俣�，�?jì)算模型單元尺寸均取為2cm。
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