鋼-混凝土組合梁抗彎模型試驗及數(shù)值分析

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1、鐵道建筑RailwayEngineering4文章編號：1003·1995(2013)12—0004—04鋼一混凝土組合梁抗彎模型試驗及數(shù)值分析牛慧敏(中鐵十二局集團有限公司，山西太原030024)摘要：鋼一混凝土組合結構橋梁在鐵路工程領域具有廣闊的應用前景，鋼一混凝土組合梁中的栓釘連接件對其抗彎能力有著重要的影響。本文借助栓釘?shù)募袅σ换脐P系曲線考慮了栓釘?shù)募羟谢菩?，利用ABAQUS有限元分析軟件對兩個鋼一混凝土組合模型試驗梁進行了非線性分析，并將數(shù)值分析結果和試驗測試結果進行了對比，為進一步利用ABAQUS對鋼一混凝土組合梁進行有限元分析提供了參考。關鍵詞：鋼一混凝土組合梁ABAQUS

2、數(shù)值分析抗彎模型試驗剪切滑移中圖分類號：U448．216；TU312．1文獻標識碼：ADOI：10．3969／j．issn．1003·1995．2013．12．O2鋼一混凝土組合結構具有結構經(jīng)濟合理、耐久可1鋼一混凝土組合梁模型試驗靠、剛度大、承載性能和抗震性能好、自重輕、施工方便以及噪聲小等諸多優(yōu)點，已被廣泛地應用在大跨結構、1．1試驗概況高聳結構、多層及高層房屋、橋梁結構以及結構改造、試件長5．2m，兩端支撐線間距離為5．0m。梁和加固等領域。目前國外高速鐵路已經(jīng)大量地采用這種混凝土板之間按照完全抗剪連接設計，采用兩列19結構形式，我國鐵路橋梁建設中也在越來越多地采用栓釘，縱向間距80mm

3、布置?；炷涟鍍?nèi)布置的縱向組合結構體系。鋼筋、橫向鋼筋直徑均為12mm，間距為120mm，截面鋼一混組合結構的應用始于上世紀20年代，我國具體尺寸見圖1。是從上世紀50年代開始開展對組合梁的研究和應用的。在設計理論方面，在60年代以前，對組合梁的分析基本處在彈性理論分析階段；60年代以后，伴隨著有限元理論的廣泛應用和計算機技術的快速發(fā)展，對組合梁的塑性理論分析才慢慢普遍起來?。在鋼梁一混凝土翼板組合梁(以下稱鋼一混組合梁)中，由于鋼材和混凝土翼板之間的剪力連接件在受力時會發(fā)生剪切變形，進而會導致組合梁的剛度減小、抗彎承載能力降低。因此在對組合梁抗彎承載能力等力學指標分析時，需要準確考慮到界面相

4、對滑移。圖1組合梁橫斷面不恿(單位：mm)ABAQUS是一款功能強大的工程模擬有限元軟1．2加載方式及指標測算方法件，擁有出色的非線性分析能力。為了更好地研究對兩個配置相同的鋼一混凝土組合梁試件鋼一混組合梁的抗彎承載能力，本文在引入栓釘剪SCCB1和SCCB2進行靜載試驗，示意圖分別見圖2和力一滑移關系曲線考慮栓釘剪切滑移的基礎上，利用圖3。逐漸加大荷載，直至構件不能再繼續(xù)承受荷載ABAQUS軟件對一組鋼一混組合梁模型試驗梁進行了為止。跨中彎矩根據(jù)實測千斤頂?shù)牧?，按照力矩分配法建模分析，并將分析結果和試驗實測結果進行對比，分換算得到，跨中位移按照實測跨中截面豎向位移得到。析探討了兩者之間誤差產(chǎn)

5、生的原因，為進一步利用ABAQUS對鋼一混組合梁進行有限元分析提供了參考。收稿日期：2013-04—19；修回日期：2013-08—28基金項目：國家自然科學基金青年基金項目(51108023)作者簡介：?；勖?1968一)，女，山東滕州人，高級工程師。圖2SCCB1梁加載試驗簡圖(單位：m)2013年第12期?；勖簦轰撘换炷两M合梁抗彎模型試驗及數(shù)值分析5圖3SCCB2梁加載試驗簡圖(單位：m)1．3試件的材料力學性能鋼一混凝土組合梁模型試件中采用的鋼材和混凝土的力學性能分別見表1和表2。圖4栓釘滑移一剪力曲線表1鋼材力學性能應變s取0．0038，曲線方程見公式(5)。[2(毒)一】(5)占

6、<8≤s梁編號齡／“／∥Eo／PaMPa(×lPa)試驗屬于單調(diào)加載，分析過程不考慮混凝土損傷。在ABAQUS中定義塑性材料參數(shù)時，需要將理論公式算出的混凝土名義應力、應變換算成描述大變形過程截面變化的真實應力、真實塑性應變u。結合公式(5)及混凝土名義應力、應變的換算關系可以得到混凝土受壓時的真實應力一真實塑性應變關系曲線，如圖5。2ABAQUS數(shù)值分析模型2．1本構模型1)栓釘本構：栓釘連接件滑移一剪力規(guī)律的研究。，普遍采用推出試驗的方法來獲得連接件的剪力一滑移關系。本文模型中的栓釘采用非線性彈簧單元來模擬，栓釘?shù)幕埔患袅Ρ緲嫹匠倘绻?1)]所示。公式(1)中栓釘?shù)目辜舫休d力見公式(4

7、)，即取自公式(2)與公式(3)的最小值。V=V(1一e)(1)圖5混凝土受壓真實應力一真實塑性應變關系曲線式中，s為栓釘?shù)南鄬屏?，為彈簧的極限承載受拉應力應變關系曲線采用公式(6)表示的分段力，由公式(4)確定。式曲線，其中峰值拉應變s取0．0001，峰值拉應Nc=0．43A√E≤0．7A(2)力取3．51MPa。Q=1．106AE(3)V=min(Ⅳ，Q)(4)?去2(丟門0<占≤．式中：