许伟 张婷 赵延吉
（沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳110168）
摘要：采用ABAQUS有限元软件对圆钢管再生混凝土偏压柱进行分析研究。验证已有试验中轴压模型正确后，通过改变模型边界条件、加载位置等方法来建立偏压柱模型，探究不同再生混凝土取代率、加载偏心距对圆钢管再生混凝土偏压柱极限承载力和初始刚度的影响。结果可知：再生混凝土取代率的变化对模型极限承载力、初始刚度的影响不大；圆钢管再生混凝土偏压柱的极限承载力及初始刚度随偏心距增大而降低。
关键词：圆钢管再生混凝土柱；ABAQUS；轴压；偏压；极限承载力
中图分类号：TU398.09
引言
近年来，我国经济发展迅猛，城市化建设不断扩大，一些建筑物的新建或重建已成为普遍现象，在此过程中，将产生以废弃混凝土块为主的大量建筑垃圾，再生混凝土是指将废弃的混凝土通过一系列加工处理，全部或部分替换天然骨料的混凝土[1]，它与普通混凝土相比具有吸水率大、密度小、强度低等特点[2]，这为再生混凝土在建筑中的推广使用带来了很大阻碍。钢管再生混凝土(CFST)可以使其得到互补，即钢管内部因为混凝土的存在，使其抗屈曲能力有所提高，不易失稳[3]。本文主要在前人所研究的钢管再生混凝土轴压试验数据的基础上进行拓展研究。
1圆钢管再生混凝土轴压柱有限元模型建立
钢材本构采用文献[4]中的五段二次塑流模型，核心混凝土本构采用张向冈[5]的本构。
钢管与核心混凝土之间采用surface-surface接触，切向方向采用摩擦公式“罚”函数，法向方向采用硬接触。混凝土与两端端板之间采用“硬接触”，钢管与两端端板之间采用“Tie”绑定。
本文采用位移加载，对于轴压构件，下端板采用完全固定，上端板设置一个参考点，将该点与端板外表面用耦合命令进行约束，约束U3以外的其他自由度。在U3方向上施加正向位移，位移大小为50mm。
所有部件的单元类型均为八结点线性减缩积分、六面体实体单元（C3D8R），网格划分技术采用六面体结构技术。
2验算有限元模型
本文通过模拟文献[6]中的试件数据，将有限元软件计算出的数据与试验数据进行对比分析。模拟后的数据与试验数据的极限承载力比值为1.07，荷载-位移曲线如图1所示。由图可知，曲线走势基本吻合，极限承载力误差在5%左右，满足工程误差要求，可以进行以下研究。
3偏压柱有限元的建立
在上述有限元模型基础上，通过改变模型的边界条件、加载位置等来建立圆钢管再生混凝土偏压柱的有限元模型在模型上端板的上表面和下端板的下表面均设置偏心距为e的加载线，并在上端板加载线的中心位置处设置一个参考点，将参考点与加载线进行耦合作用。对下端板的偏心线进行全约束，使其完全固定。
3.1承载力参数分析
本节选取外径D=219mm，壁厚t=3.5mm，柱长L=600mm，取代率r=50%、偏心距e=20mm作为基本模型进行研究，分析了再生混凝土取代率、偏心距这三个参数对圆钢管再生混凝土偏压柱力学性能的影响。各试件的参数信息如表1。
表1各试件的参数信息表
3.2再生混凝土取代率的影响
由图2可知，若以模型C1为参照，模型C3时的偏压承载力较C1模型提高了3.43%，模型C2的偏压承载力较C1模型提高了7.97%，模型C4的偏压承载力较C1模型提高了8.26%，模型C5时的偏压承载力较C1模型提高了3.97%。所以，取代率的不同对圆钢管再生混凝土偏压柱的极限承载力影响不大，且没有变化规律。
图2荷载-跨中挠度曲线
3.3偏心距的影响
不同偏心距下的荷载-跨中挠度曲线、如图4。
图4荷载-跨中挠度曲线
由计算可知，若以模型C6的极限承载力作为参照，模型C3的极限承载力较模型C6降低了7.53%，模型C7的极限承载力较模型C6降低了19.36%,模型C8的极限承载力较模型C6降低了28.12%，因此，在其他条件一定时，偏心距越大，钢管再生混凝土柱极限承载能力越低，弹性阶段的斜率变小、持续时间变短，而延性越好。
4结论
(1)在静力计算中，圆钢管再生混凝土偏压柱在其他条件相同的情况下，其静力性能受再生混凝土取代率的影响较小，且没有固定的规律。
(2)偏心距对模型的力学性能有较大的影响，偏心距的增大会致使模型的极限承载力和初始刚度大幅度降低。
参考文献
[1]肖建庄，李佳彬，兰阳.再生混凝土技术研究最新进展与评述[J].混凝土，2003（10）：17-20+57.
[2]肖倍,安旭文,杨瑞等.再生混凝土基本力学性能试验及其影响因素研究[J].混凝土,2018(11):32-36+40.
[3]李泽良.再生混凝土与钢管再生混凝土的性能与应用[J].科技视界,2017(02):149+146.
[4]许伟,白杨,郝聪磊.圆钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析[J].沈阳工业大学学报,2017,39(05):578-583.
[5]张向冈.钢管再生混凝土构架及其框架的抗震性能研究[D].南宁；广西大学，2014.
[6]田亮亮.圆钢管高强再生混凝土柱力学性能研究[D].北方工业大学,2018.
作者简介：许伟（1971），女，汉族，辽宁省沈阳市。教授，博士学历，沈阳建筑大学。