混凝土構(gòu)件的半剛性連接特性研究.pdf

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1、器橋梁工程BridgeEngineering混凝土構(gòu)件的半剛性連接特性研究吳華，徐會(huì)果，焦興，謝肖禮(廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西南寧530004)摘要：混凝土構(gòu)件連接傳統(tǒng)設(shè)計(jì)往往將其處理為剛接或鉸接，實(shí)際工程中大部分連接是介于二者之間的半剛性連接。國內(nèi)外對于型鋼構(gòu)件連接形式的研究較多，相關(guān)理論比較成熟．但對于鋼筋混凝土構(gòu)件通過預(yù)埋件焊接的連接形式的研究則較少，且無擬合曲線供參考。因此，為了探求這類節(jié)點(diǎn)的連接特性，采用有限單元法針對剛架拱橋中橫系梁與拱肋之間的連接進(jìn)行了有限元局部分析。關(guān)鍵詞：鋼拱橋；混凝土構(gòu)件；半剛性連接；半剛性節(jié)點(diǎn)中圖分類號：TU528．7文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B文章編號

2、：1009—7767(2014)02—0070—05ResearchofSemi-rigidConnectionCharacteristicsofConcreteMemberWuHua，XuHuiguo，JiaoXing，XieXiaoli1研究背景傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析中，總是將結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)作為理想的鉸接或剛接簡化，但理想鉸接僅僅傳遞剪力和軸力，理想剛接使得桿端變形完全相同。這些假定大大簡化對結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，但實(shí)際結(jié)構(gòu)中的剛節(jié)點(diǎn)剛度并非無窮大，鉸接點(diǎn)也是存在一定的剛度．采用理想的連接模型在實(shí)際工程中是有使用范圍的．在一些對節(jié)點(diǎn)連接性性能敏感的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用則是不合理的，不能反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)工作狀

3、況。而且計(jì)算值和實(shí)際值如果相差較大，會(huì)對工程埋下安全隱患[1]。大量的工程實(shí)際和理論研究證明，在荷載作用下．實(shí)際結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)是介于剛性節(jié)點(diǎn)和交接點(diǎn)之間的半剛性節(jié)點(diǎn)【2】。剛架拱橋是由多組拱片通過橫系梁連結(jié)形成的空間受力結(jié)構(gòu)，為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，通常將拱肋與橫系梁之間設(shè)計(jì)成剛節(jié)點(diǎn)．在計(jì)算分析中也完全按照剛節(jié)點(diǎn)考慮[3]?！朵摻罨炷羷偧芄皹蚨ㄐ驮O(shè)計(jì)圖》推薦的節(jié)點(diǎn)連接形式為拱肋和橫系梁通過預(yù)埋件焊接，這種連接形式受焊接工人技術(shù)水平影響，而且隨著時(shí)間推移，焊縫銹蝕，在荷載作用下松動(dòng)，節(jié)點(diǎn)剛度會(huì)進(jìn)一步下降。這些半剛性節(jié)點(diǎn)剛度的變化，對結(jié)構(gòu)靜力、動(dòng)力、穩(wěn)定性能的影響已引起工程人員的高度重視。2半

4、剛性節(jié)點(diǎn)的肛一，研究方法單個(gè)構(gòu)件通過各種連接形式形成結(jié)構(gòu)。通過連接70瘩葒投術(shù)2014No．2(Mar．)V01．32媒介．力和彎矩從一個(gè)構(gòu)件傳遞到另一個(gè)構(gòu)件。大多數(shù)連接需要傳遞軸力、剪力、彎矩以及扭矩。對于橫系梁與拱肋之間的連接，與轉(zhuǎn)動(dòng)變形相比，軸向變形、剪切變形和扭轉(zhuǎn)變形相對較小，因此只需考慮彎矩作用下的轉(zhuǎn)動(dòng)變形。當(dāng)連接施加一個(gè)彎矩M時(shí)，它的轉(zhuǎn)角為p。其變形模型見圖1。礦可冉{腎毛蔫、l寧1；}

5、-峽《／肘—止j＼廠_止圖1節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)變形模型實(shí)際工程設(shè)計(jì)中通常將節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)模型簡化為剛接和鉸接，剛接點(diǎn)模型M／Or=o。。鉸接點(diǎn)模型M／O,=0。通過對大量節(jié)點(diǎn)分析，實(shí)際的節(jié)點(diǎn)剛度刪良是介

6、于無窮大和0之間，并且對于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)的刪啡值還隨著鞏的變化呈現(xiàn)非線性變化，見圖2。目前。針對半剛性節(jié)點(diǎn)非線性特性的研究方法有以下幾種：實(shí)驗(yàn)測定法、曲線擬合法、塑性分析法、解析法、有限單元法等。其中有限單元法是近年來發(fā)展起圖2典型半剛性節(jié)點(diǎn)位移轉(zhuǎn)角曲線來的結(jié)構(gòu)分析方法，由于該方法能夠精確考慮材料本構(gòu)特性、幾何非線性，能夠方便、快捷地模擬結(jié)構(gòu)受力變形特性，因此成為節(jié)點(diǎn)M一良特性研究中一種重要的研究手段。國內(nèi)外對于型鋼構(gòu)件連接形式的研究較多，相關(guān)理論比較成熟，但對于鋼筋混凝土構(gòu)件通過預(yù)埋件焊接的連接形式的研究則較少．且無擬合曲線供參考。筆者為了探求這類節(jié)點(diǎn)的連接特性，采用有限單元法針對剛架

7、拱橋中橫系梁與拱肋之間的連接進(jìn)行有限元局部分析。3基于剛架拱橋拱肋與橫系梁半剛性節(jié)點(diǎn)的有限元分析構(gòu)件實(shí)際的連接包含6個(gè)自由度(3個(gè)平動(dòng)，3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng))，往往根據(jù)分析問題的類型對主要影響因素進(jìn)行分析。在剛架拱橋結(jié)構(gòu)中，橫系梁的主要作用是連接各拱片形成空間結(jié)構(gòu)，在豎向荷載作用下，橫系梁將荷載沿橫向分布。拱肋與橫系梁的連接主要承受豎向彎矩作用，因此筆者對橫系梁節(jié)點(diǎn)的豎彎(Y向)剛度進(jìn)行研究。3．1有限元模型的建立為了了解剛架拱橋拱肋與橫系梁節(jié)點(diǎn)的受力性能，利用空間有限元軟件ANSYSl4．0對某60m跨徑剛架拱橋的橫系梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行局部分析[4]。剛架拱橋拱肋和橫系梁分別預(yù)制，通過預(yù)埋件焊接而成。

8、橫系梁節(jié)點(diǎn)見圖3，幾何模型見圖4?；炷敛捎胹olid65單元，參考相關(guān)文獻(xiàn)f5]，考慮多線性本構(gòu)關(guān)系。型鋼和焊縫統(tǒng)一采用solid95單元，采用Mises屈服準(zhǔn)則，彈性模量取2．06x105MPa，屈服強(qiáng)度取300MPa，分析中考慮幾何非線性和大變形，采用生死單元技術(shù)考慮某些焊縫失效。由于混凝土內(nèi)嵌入型鋼和鋼筋，幾何尺寸復(fù)雜，故采用四面體單元自由網(wǎng)格劃分，對于混凝土單元取大尺寸，對于型鋼及焊縫單元取小尺寸，有限元模型見圖5。橋梁工程器翳iidge耋鵑露孽