钢-混凝土组合梁抗弯模型试验及数值分析

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1、铁道建筑RailwayEngineering4文章编号：1003·1995(2013)12—0004—04钢一混凝土组合梁抗弯模型试验及数值分析牛慧敏(中铁十二局集团有限公司，山西太原030024)摘要：钢一混凝土组合结构桥梁在铁路工程领域具有广阔的应用前景，钢一混凝土组合梁中的栓钉连接件对其抗弯能力有着重要的影响。本文借助栓钉的剪力一滑移关系曲线考虑了栓钉的剪切滑移效应，利用ABAQUS有限元分析软件对两个钢一混凝土组合模型试验梁进行了非线性分析，并将数值分析结果和试验测试结果进行了对比，为进一步利用ABAQUS对钢一混凝土组合梁进行有限元分析提供了参考。关键词：钢一混凝土组合梁ABAQUS

2、数值分析抗弯模型试验剪切滑移中图分类号：U448．216；TU312．1文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003·1995．2013．12．O2钢一混凝土组合结构具有结构经济合理、耐久可1钢一混凝土组合梁模型试验靠、刚度大、承载性能和抗震性能好、自重轻、施工方便以及噪声小等诸多优点，已被广泛地应用在大跨结构、1．1试验概况高耸结构、多层及高层房屋、桥梁结构以及结构改造、试件长5．2m，两端支撑线间距离为5．0m。梁和加固等领域。目前国外高速铁路已经大量地采用这种混凝土板之间按照完全抗剪连接设计，采用两列19结构形式，我国铁路桥梁建设中也在越来越多地采用栓钉，纵向间距80mm

3、布置。混凝土板内布置的纵向组合结构体系。钢筋、横向钢筋直径均为12mm，间距为120mm，截面钢一混组合结构的应用始于上世纪20年代，我国具体尺寸见图1。是从上世纪50年代开始开展对组合梁的研究和应用的。在设计理论方面，在60年代以前，对组合梁的分析基本处在弹性理论分析阶段；60年代以后，伴随着有限元理论的广泛应用和计算机技术的快速发展，对组合梁的塑性理论分析才慢慢普遍起来⋯。在钢梁一混凝土翼板组合梁(以下称钢一混组合梁)中，由于钢材和混凝土翼板之间的剪力连接件在受力时会发生剪切变形，进而会导致组合梁的刚度减小、抗弯承载能力降低。因此在对组合梁抗弯承载能力等力学指标分析时，需要准确考虑到界面相

4、对滑移。图1组合梁横断面不恿(单位：mm)ABAQUS是一款功能强大的工程模拟有限元软1．2加载方式及指标测算方法件，拥有出色的非线性分析能力。为了更好地研究对两个配置相同的钢一混凝土组合梁试件钢一混组合梁的抗弯承载能力，本文在引入栓钉剪SCCB1和SCCB2进行静载试验，示意图分别见图2和力一滑移关系曲线考虑栓钉剪切滑移的基础上，利用图3。逐渐加大荷载，直至构件不能再继续承受荷载ABAQUS软件对一组钢一混组合梁模型试验梁进行了为止。跨中弯矩根据实测千斤顶的力，按照力矩分配法建模分析，并将分析结果和试验实测结果进行对比，分换算得到，跨中位移按照实测跨中截面竖向位移得到。析探讨了两者之间误差产

5、生的原因，为进一步利用ABAQUS对钢一混组合梁进行有限元分析提供了参考。收稿日期：2013-04—19；修回日期：2013-08—28基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(51108023)作者简介：牛慧敏(1968一)，女，山东滕州人，高级工程师。图2SCCB1梁加载试验简图(单位：m)2013年第12期牛慧敏：钢一混凝土组合梁抗弯模型试验及数值分析5图3SCCB2梁加载试验简图(单位：m)1．3试件的材料力学性能钢一混凝土组合梁模型试件中采用的钢材和混凝土的力学性能分别见表1和表2。图4栓钉滑移一剪力曲线表1钢材力学性能应变s取0．0038，曲线方程见公式(5)。[2(毒)一】(5)占

6、<8≤s梁编号龄／“／∥Eo／PaMPa(×lPa)试验属于单调加载，分析过程不考虑混凝土损伤。在ABAQUS中定义塑性材料参数时，需要将理论公式算出的混凝土名义应力、应变换算成描述大变形过程截面变化的真实应力、真实塑性应变u。结合公式(5)及混凝土名义应力、应变的换算关系可以得到混凝土受压时的真实应力一真实塑性应变关系曲线，如图5。2ABAQUS数值分析模型2．1本构模型1)栓钉本构：栓钉连接件滑移一剪力规律的研究。，普遍采用推出试验的方法来获得连接件的剪力一滑移关系。本文模型中的栓钉采用非线性弹簧单元来模拟，栓钉的滑移一剪力本构方程如公式(1)]所示。公式(1)中栓钉的抗剪承载力见公式(4

7、)，即取自公式(2)与公式(3)的最小值。V=V(1一e)(1)图5混凝土受压真实应力一真实塑性应变关系曲线式中，s为栓钉的相对滑移量，为弹簧的极限承载受拉应力应变关系曲线采用公式(6)表示的分段力，由公式(4)确定。式曲线，其中峰值拉应变s取0．0001，峰值拉应Nc=0．43A√E≤0．7A(2)力取3．51MPa。Q=1．106AE(3)V=min(Ⅳ，Q)(4)⋯去2(丢门0<占≤．式中：