约束钢骨混凝土短柱轴压模拟

型钢混凝土组合结构构件由混凝土、型钢、纵向钢筋和箍筋组成。简单点说就是在原有的钢筋混凝土梁、柱等构件里添加型钢，加入型钢后可以有效提高构件承载能力，减小构件轴压比。通常高层结构较多采用。

混凝土多向受压时，通过施加侧向压力的约束，限制内部微裂缝的发展，能极大地提高混凝土的抗压强度。在混凝土构件受到轴心压力过程中，混凝土发生与轴压力相互垂直的横向变形，内部产生裂缝，此时外围的钢管或者高强约束材料就发生作用，向混凝土提供径向反作用力，紧紧地约束了混凝土的横向变形，从而限制内部微裂缝的发展，以达到提高混凝土的抗压强度和延性（发挥混凝土的塑性性能，得到良好的变形效果）。此类利用外部约束，改善自身原有受压特性，以提高抗压强度及延性的混凝土就称为约束混凝土。

本案例进行了初始缺陷影响下约束钢骨混凝土短柱轴压模拟，希望为此类模拟提供参考思路。

设备基本情况：I5-7500 CPU

计算耗时：5min

一、约束钢骨混凝土短柱模态分析

首先建立约束钢骨混凝土短柱有限元计算模型。

约束钢骨混凝土短柱截面半径为100mm，内部钢骨截面为H100×68×4.5×7.6，外层包裹5mm厚GFRP材料。约束混凝土材料强度为C70，内部钢骨材料强度为Q355，GFRP峰值抗拉强度为300MPa。

采用线性摄动分析步下的屈曲分析模块，选取Lanczos求解器，输出约束钢骨混凝土短柱前十阶变形模态。

外部GFRP与约束混凝土之间采用法向硬接触，切向摩擦系数为0.2的界面接触关系。

采用耦合参考点加载方式为约束钢骨混凝土短柱施加轴向荷载，底部采用固结约束，顶部施加轴向压力。对有限元计算模型进行网格划分，全局网格尺寸取为20mm。

建立分析作业并修改关键字，在** LOADS模块后添加关键字：

*nodefile

u

图1 有限元计算模型边界条件	图2 约束钢骨混凝土短柱网格模型

二、约束钢骨混凝土短柱模态分析

在第一步约束钢骨混凝土短柱变形模态分析完成后之后，复制所建立的模型，将线性摄动分析步替换为静力通用分析步，并对柱顶加载点施加轴向位移荷载，重新建立新的分析作业，并修改关键字，在* ** STEP模块前面添加关键字：

*imperfection, file= YF-500-621（上一个模型作业名）, step=1

1,1

运算分析模型并查看结果

图3  模型整体计算结果	图4  内部钢骨应力云图	图5  混凝土应力云图