基于ABAQUS 的方中空夾層鋼管混凝土柱-鋼梁節點的抗震性能有限元分析

黃春曉，危子涵

1.安徽新華學院 土木與環境工程學院，安徽 合肥 230088；2.建筑結構安徽省普通高校重點實驗室（安徽新華學院），安徽 合肥 230088

0 引言

中空夾層鋼管混凝土是將內外兩層鋼管同心放置，在兩層鋼管之間澆筑混凝土形成的一種新型組合構件［1］。這種新型組合構件具有承載力高、塑性和韌性好、自重輕、抗火性能好等優點，在工程領域具有較為可觀的應用前景［2］。目前，已有學者對此類組合節點進行了試驗研究，但相關的數值分析不夠深入。本文利用ABAQUS 有限元軟件，建立了方中空夾層鋼管混凝土柱-鋼梁節點的數值模型，獲得節點的彎矩-轉角和P-△曲線。將模擬結果與已有的試驗結果進行對比，驗證了所建模型的合理性，為進一步探索這類新型組合節點的力學性能奠定了理論基礎。

1 有限元模型

1.1 基本假定

假定所有焊接部位不發生撕裂破壞并且連接可靠，另外在低周反復荷載作用下組合柱中的核心混凝土與內外鋼管應變均協調。

1.2 材料的本構關系

本文中數值模型中的鋼梁、鋼柱等其他鋼材采用二次塑流模型，單邊螺栓采用雙新性強化模型。由于柱中內外鋼管的約束限制了核心混凝土的橫向變形，所以混凝土的應力應變關系采用了文獻［3］提出的本構關系模型。

圖1 組合節點數值模型

表1 試件尺寸和材性參數

1.3 模型建立

本節點中的網格劃分均采用實體單元C3D8R 來進行模擬。通過對模型進行試算，最終確定合理的網格尺寸。本模型中的接觸采用允許“彈性滑動”的罰摩擦，采用焊接連接的鋼構件設置為綁定。組合柱腳按鉸接模擬，施加有螺栓預緊力，在柱頂施加軸壓，并采用分級加載的制度施加水平方向的位移荷載。

2 已有試驗概況

為了驗證建立模型的合理性，本文對鋼管混凝土柱-鋼梁單邊螺栓平齊端板連接節點（編號CJM1、CJM2）［4］，鋼管混凝土柱-鋼梁單邊螺栓節點（編號MES1、MES2）［5］，對圓中空夾層鋼管混凝土柱-鋼梁剛性節點（編號CDSJ1、CDSJ2）［6］進行了數值模擬。試件的具體尺寸和材料強度見表1。

3 模擬結果與試驗曲線對比

采用前述有限元模型對6 個試件進行模擬分析，得到組合節點的梁柱連接處的彎矩-轉角和P-△曲線，如圖2。結果表明，數值模擬的結果和試驗結果吻合良好，驗證了文中所建模型的準確性。

圖2 組合節點的彎矩-轉角曲線的有限元與試驗結果比較

4 結語

本文選用合理的材料本構關系，利用ABAQUS有限元軟件，對6 個已有試驗的組合節點進行模擬分析，得到了組合節點處的彎矩-轉角曲線。將模擬和試驗得到的結果進行對比，充分驗證了所建模型的準確性，并且得到了方中空夾層鋼管混凝土柱-鋼梁節點的數值模型，為對這類新型組合節點的理論研究提供了技術支撐。