柱的尺寸为600x600x4000。内嵌钢管Φ400×14。钢管外侧混凝土的强度等级为C40,钢管芯内混凝土强度等级为C60。钢管采用Q345B,钢筋为HRB400。配筋率同上。试件通过施加预应力来模拟二次受力(暂时不考虑这个),同时考虑偏心,偏心距为1/400高度加2cm,即30mm。构造图如下图所示。


1.创建部件
(1)C40混凝土柱
把柱中间部分掏空,如下图所示,创建完部件就切割以便划分网格


(2)C60混凝土柱

(3)钢管

(4)两种箍筋和竖向受压筋



(5)栓钉杆和栓钉头


2.材性设置
混凝土选择CDP本构模型,HRB400和Q345B选择理想弹塑性模型

创建截面并赋予截面属性,注意将箍筋和受压筋的截面类型设置为truss类型,同时注意修改之后装配完的钢筋网的截面类型为truss(merge成钢筋网后其截面属性自动设置为beam)

3.装配
将所有部件都创建为实例,注意所有的部件的实例类型均为***非独立***,即网格划分在部件上。将箍筋和受压筋通过阵列的方式merge成钢筋网,同时将栓钉杆和栓钉头merge成栓钉,并创建新的非独立实例。


4.划分网格
划分网格不需要很密。
(1)C40混凝土

(2)钢筋网

(3)钢管:钢管管壁较薄,但至少应该划分为两层,将钢管长度方向种子布置密度小一些,厚度方向和径向的种子按个数布置(为边布种)。

(4)栓钉
由于将栓钉和钢管外表面相互作用设置为tie方式,钢管外表面和C40混凝土相互作用设置为接触,栓钉和C40混凝土相互作用设置为内置区域,如果直接这么做会显示如下的错误信息。

2184 nodes are used more than once as a slave node in *TIE keyword. These constraints are not removed either due to the presence of *CONSTRAINT CONTROLS,NO CHANGES keyword or because removing the constraints might affect the model. The nodes have been identified in node set ErrNodeOverconTieSlave.

原因是栓钉底面的所有节点被重复利用。要解决这个问题,切割栓钉时在栓钉底面往上切10mm的平面,栓钉内置于C40混凝土时不选择这10mm的部分。


划分完网格之后再将栓钉阵列在钢管的外表面

5.分析步
创建一个静力通用的step-1即可,时间长度500,最大增量步数1000,初始增量步0.02,最小1e-5,最大500。场变量输出只勾选需要的即可,可加快计算速度。

6.相互作用

(1)耦合点RP-1、RP-2
偏心位移荷载施加在RP-2上

(2)绑定tie
将栓钉底表面和钢管外表面设置为绑定,并设置1mm的位置公差。(选择从表面要一个一个点栓钉底表面。。小心点)

(3)内置
将栓钉和钢筋网内置于C40混凝土内。不赘述。
(4)接触
创建一个“接触”的相互作用属性,摩擦公式为“罚”,摩擦系数设为0.3,其他默认。

再创建“接触”的相互作用,使C40和C60混凝土的内表面和外表面分别和钢管的外表面和内表面分别接触,表面平滑选择自动平滑。混凝土和钢管的表面接触一般选择混凝土表面设为主表面,钢管表面设为从表面。

7.创建set
由于要输出参考点RP-2的荷载位移曲线,因此提交作业前应该设置一个RP-2的历程变量输出H-Output-RP-2。工具–>集–>创建,类型选为几何,选中RP2点。在step-1新建历程输出H-Output-RP-2,作用域选择集,选择刚刚创建的集,输出变量选择位移和作用力。

8.载荷
施加位移荷载,8mm,位移荷载均匀施加。
9.结果
(1)整体变形

(2)C40混凝土

最小主应力达到26.33MPa,即最大受压应力为26.33MPa
(3)C60混凝土

最大受压应力为39.74MPa
(4)钢管

(5)钢筋网

(6)RP-2荷载位移曲线
由于位移是随时间均布施加,荷载位移曲线即荷载时间曲线。

可见最大承载力达到12067kN。手算结果为12528.4kN。