Abaqus模拟偏心受压钢管混凝土柱的初应力与变形分析

1.结构参数

1.基本参数

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。柱截面构造图和栓钉尺寸图如下图所示。

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2.边界条件

柱下端为固接，上端约束三个方向的位移自由度。
3.施加荷载

初始阶段只有纯钢管受偏心力，大小为300kN，偏心距为30mm，钢管考虑千分之一初始缺陷，待钢管变形稳定之后，加栓钉和钢筋网以及浇筑混凝土，之后在柱顶施加偏心位移荷载，偏心距为30mm，直至柱破坏。

2.建模步骤

两阶段，3模型

阶段一：

模型A：只有钢筒，位移加载，设置重启动，获得钢筒在第一阶段的应力和变形。钢筒单元使用C3D8R，（使用C3D8I会因为结果外推是的最大mises应力超过345MPa。）

模型A-copy：只有钢筒，设置一个屈曲分析步，获得钢筒的前两阶屈曲模态。

模型B：钢筒（加栓钉）和外包钢筋混凝土，位移加载，钢筋和混凝土的材性使用弹性，弹性模量和泊松比设为很小的值（弹性模量10MPa或更小，泊松比0.00001），（混凝土侧面施加约束，使混凝土在变形过程中外表面保持平面，以模拟实际情况中浇筑混凝土），获得变形后的混凝土和钢筋网。混凝土单元建议使用C3D8I。注意：由于该模型有embed约束，不能使用该模型的钢筒应力场结果用于模型C，经过测试，会出错（错误提示：3953 nodes on an embedded element do not lie in any host element. Check coordinates, exterior tolerance and absolute exterior tolerance parameters, and the host element set definition. The nodes have been identified in node set ErrNodeEmbeddedNode.）

阶段二：

模型C：从模型A的odb文件导入钢筒part，part名去掉“-1”，和模型A中的part名一致，后面施加初应力场要求part名一致。从模型B中导入栓钉、外包混凝土和钢筋的part，part名称不需要一致。导入的part都需要重新设置材性，需要重新装配，需要重新设置边界条件、接触、Coupling、embed等，不需要也不能够重新划分单元（从odb导入的part只有孤立单元，没有几何）。设置3个荷载步：predefine，contact，load。contact设置中使用自动捕捉接触面对，必须将钢筒表面作为主面（施加初应力时要求钢筒节点严格与模型A一致，而接触调整在施加初应力前执行，将从面调整到与主面严格接触，若钢筒作为从面，会导致节点变化，引起初应力场施加失败），从面调整的容忍度设得大一些（混凝土网格尺寸的十分之一至五分之一，否则会提示部分节点不收敛），可以勾选3D曲面光滑（建议勾选）。因为我们使用的是变形后的钢筒模型，定义初应力场时勾选update，这样只施加初应力，而不施加初应变和初位移。