1、 引言

方鋼管混凝土結構憑借鋼管對混凝土的約束作用，使構件的承載力與延性得到顯著提升，在高層建筑與橋梁工程中應用廣泛。該結構在軸壓荷載下，鋼管與混凝土協同工作，其受力機理與傳統鋼筋混凝土柱存在明顯差異。本案例圍繞方鋼管混凝土短柱的軸壓性能展開建模復現，借助 ABAQUS 有限元分析軟件對其軸壓受力性能進行數值模擬。本次復現主要聚焦于建模過程教學，不涉及參數優化內容。

2、 幾何模型與材料參數

（1） 模型構建：

本案例采用減縮積分三維實體單元 C3D8R 模擬方鋼管混凝土短柱的混凝土和鋼管部分。混凝土六面體網格邊長為 20mm，鋼管網格邊長為 20mm。這樣的網格尺寸能夠在保證計算精度的同時，避免因網格尺寸過大導致模型不收斂，或尺寸過小使計算速度明顯減慢的問題，可較好地模擬實際試件的受力性能。方鋼管混凝土短柱數值模擬幾何模型如下所示：

圖1混凝土模型

圖2鋼管模型

圖3壓板模型

圖4方鋼管混凝土短柱裝配模型

（2） 材料屬性：

混凝土材料采用 ABAQUS 中的塑性損傷模型，鋼管采用隨動強化彈塑性模型。普通混凝土單軸應力 - 應變關系遵循《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010），方鋼管采用屈服強度560MPa級熱軋重型H型鋼，其應力 - 應變關系依據《鋼結構設計標準》（GB50017-2017）確定。

3、 分析步設置

分析類型設定為靜力 - 通用分析步，設定分析時間長度為 ，同時啟用幾何非線性以考慮結構的大變形效應。

圖6 設置分析步

圖7 歷程輸出（方便后續在可視化步驟中直接輸出荷載位移曲線）

4、 相互作用

鋼管與墊塊的接觸面采用面面接觸設置，其中法向定義為硬接觸，切向按實際工況賦予0.5的摩擦系數；鋼管與混凝土的接觸面采用面面接觸設置，其中法向定義為硬接觸，切向按實際工況賦予 0.3 的摩擦系數；加載參考點與試件頂部表面通過耦合約束實現荷載傳遞，底部邊界條件設置為固定約束。

5、 計算結果

圖8應力云圖

圖9位移云圖

6、 結論與拓展應用

（1） 模型結論

有限元模型能夠較為準確地模擬方鋼管混凝土短柱的軸壓性能，鋼管壁厚與混凝土強度是控制其破壞的關鍵因素。

（2） 工程建議

在實際工程設計中，可通過增加鋼管壁厚、提高混凝土強度等級來提升構件的軸壓承載力與延性。

（3） 拓展方向

該模擬方法可延伸至方鋼管混凝土長柱、圓鋼管混凝土柱等場景，也可結合反復荷載分析其抗震性能

7、 附件：本案例中的abaqus模型文件（包括cae、odb和inp文件）