考虑滑移效应的钢-混凝土组合梁非线性有限元分析

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1、浙江建筑，第31卷，第5期，2014年5月ZhejiangConstruction，Vo1．31，No．5，May．2014考虑滑移效应的钢一混凝土组合梁非线性有限元分析NonlinearFiniteElementAnalysisofSteel—ConcreteCompositeBeamConsideringSlippingEfect黄强HUANGQiang(上海建科建筑设计院有限公司，上海200032)摘要：即使是完全抗剪连接组合梁，混凝土板与钢梁之间仍存在滑移。在此提出考虑滑移效应的钢一混凝土组合梁的有限元分析方法，利用本方法计算了简支

2、组合梁在不同剪力连接程度和各种均布荷载作用下的挠度、应力和滑移分布，并对计算结果和理论与试验结果作出了对比，证明本方法分析钢一混凝土组合梁的正确性和实用性，并得出了一些实用的结论。关键词：组合梁；滑移；有限元法；刚度中图分类号：TU398．9文献标志码：B文章编号：1008—3707(2014)05—0020—04钢一混凝土组合梁通过将钢梁和混凝土板结合，1有限元模型充分发挥钢材的抗拉强度和延性好的特点，以及混凝土抗压强度高和传热率低的性能，使其具有强度在给定钢一混凝土组合梁有限元模型之前，先对高、刚度大、延性好等优点，广泛应用于建筑结构和

3、钢一混凝土组合梁作如下假设：桥梁结构¨。(1)钢梁和钢筋混凝土板各自变形均符合平截面假定，两者弯曲曲率相同；抗剪连接件的布置数量及其变形能力，是发挥(2)钢梁与混凝土之间只存在纵向相对滑移，组合梁组合作用的关键，剪力连接程度的提高可改不考虑交接面的掀起作用；善组合梁的强度、刚度，达到两种材料“组合”作用(3)不考虑板内的配筋，混凝土板应力应变曲的充分利用。根据抗剪连接件的布置、数量和受线处于上升阶段，钢梁为理想弹性体；剪承载力可把组合梁又分为完全抗剪连接组合梁和(4)忽略钢梁与混凝土之间的摩擦，交界面处部分抗剪连接组合梁。近年来国内外学者对

4、于纵向剪力全部由剪力连接件承担。钢一混凝土组合梁的力学性能作了大量的试验研究，对钢梁和混凝土采用ANSYS中的八节点三维取得了许多重要的研究成果，但是在试验过程中会实体Solid45单元，每个节点有3个自由度，分别为有许多不确定因素以及在试验中很多参数也无法测沿着、Y、z方向的平动，该单元可以模拟理想弹塑量；然而，采用有限元分析既可以节省大量的人力物性材料。力，又可以有效地分析出各种力学参数，本文就是通剪力连接件采用非线性弹簧单元Combin39来过通用有限元分析软件ANSYS分析在考虑钢和混模拟，该单元是一个具有非线性功能的单向单元，可凝

5、土交界面的滑移作用下钢一混凝土组合梁弹性受对此单元输入广义的力一变形曲线，轴向选项代表轴力阶段的力学性能。向拉压单元，每个节点具有3个自由度，沿节点坐标收稿日期：2014—02—25作者简介：黄强(1982一)，男，江苏宿迁人，工程师，从事建筑结构设计工作。第5期黄强：考虑滑移效应的钢一混凝土组合梁非线性有限元分析21轴、Y、z的平动，扭转选项代表纯扭单元，每个节点y=(5)具有3个自由度，绕节点坐标轴、Y、的转动，在本模型中不考虑扭转作用。由于主要研究钢梁和混凝式中：一抗剪连接程度系数；土在沿梁方向的滑移，因此在有限元分析中需要引n一一个

6、剪跨区内抗剪连接件个数；入连接件的荷载一滑移曲线(图1)，其荷载一滑移曲一钢梁与混凝土板交界面上的纵向剪力，取线可以按照文献[3]的建议值采用：和boh。。中的较小者。N=N：(1一e‘“)0．4(1)在本算例中，为5O．5kN，按完全抗剪设计一个式中：Ⅳ一单个栓钉承受的剪力；剪跨区内需要数量为22个，整个梁需要44个，为研究Ⅳ：一单个栓钉的抗剪承载力；不同剪力连接程度组合梁的性能，分别取连接件数量．s一滑移。为44,40、36、32、28、24、22个。为了便于比较，在分析中取一钢梁与混凝土节点自由度完全耦合的模型L．，即不考虑交界面的任

7、何移动的理想状态，见表1。表1组合梁连接程度和栓钉个数编号L1L2L3L4I5L6L7L8栓钉数量+∞44403632282420v+∞1．00．9090．8180．7270．6360．5450．455图I滑移一荷载关系曲线根据式(1)可得到弹簧单元的刚度为：在分析过程中分别对上述不同类型的组合梁进k=dN／dS=N(

8、s)(2)行施加25、30、35、4O、45、50kN／m的均布面荷载，可见k与．s亦为非线性关系。在确定了连接件以反映不同荷载状况下的结构性能。具体分析结果的剪力一滑移曲线后，可以得到弹簧两端的力为：见图2～5。㈥=州㈩本

9、文采用荷载增量的Newton—Raphon迭代方法进行非线性方程组的求解，并考虑结构的大应变效藿应，在迭代过程中修正总体刚度矩阵的剪力连接件单b元的刚度和由单元的形状和取向导致的