新型混凝土与型钢组合梁非线性分析

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1、吕向堂等：新型混凝土与型钢组合梁非线性分析3l圈新型混凝土与型钢组合梁非线性分析吕向堂，韩庆华I1．天津大学建筑工程学院．天津300072；2．滨海土木工程结构与安全教育部重点实验窒(天津大学)。天津300072)【摘要】考虑了四种不同橡胶掺量的新型混凝土组合梁，运用有限元软件ANSYS在静力加载作用下对四种组合梁进行双重非线性分析，得到构件的开裂荷载，极限承载力，跨中节点挠度，着重对橡胶集料混凝土组合梁和普通混凝土组合梁的力学性能作对比分析。分析表明，橡胶集料混凝土组合梁的开裂荷载远远高于普通混

2、凝土组合梁，前者吸收能量的能力较后者显著增强，对于冲击荷载和地震作用的抵抗能力有明显的改善和提高，而随着橡胶集料掺量的增加，组合梁的极限承载力有小幅度的降低。【关键词】橡胶集料混凝土组合梁；开裂荷载；极限承载力；跨中挠度；非线性有限元【中图分类号】TU375．1【：献标识码】B【文章编号】1001—6864(2011)12—0031—03随着大型结构桥梁和超高层建筑的增多，对轻集料混单元，对混凝土采用SOLID65单元，纵筋采用LINK8，栓钉采凝土的需求与日俱增。橡胶集料混凝土也称橡胶改性混凝用

3、BEAMl88。土或弹性混凝土，是一种由橡胶集料、水泥浆体、矿物掺合料、外加剂以及普通混凝土骨料组成的多相水泥基复合材表1四类的混凝土的ANSYS建模计算参数料，是在原有多组分混凝土基础上引入一定量的柔性成分而使混凝土性能得到大幅提升的新型水泥混凝土材料。其中的橡胶集料是指由废弃轮胎以及非轮胎的橡胶制品，如胶带、废橡胶胶管等废橡胶制品经加工而得到的橡胶微颗粒，因此橡胶集料混凝土也是一种环境友好型绿色材料。橡胶集料混凝土具有耐磨性好，抵抗车载能力强，振动、噪声小，不翘曲，抗裂性强，防锈性好，出色的抗

4、渗性等特点，同时具有明显能量耗散的功能Ll-3]，因此可作为性能良好(2)材料本构关系和屈服准则。普通混凝土本构关的桥面板混凝土材料，尤其可以有效解决组合梁混凝土翼系采用Willam—Wamke五参数破坏准则，混凝土张开裂纹板纵向开裂问题。迄今为止，国内外对组合梁及剪力连接传递系数取为0．5，闭合裂纹传递系数取1．0，关闭了混凝土件的研究主要集中在试验方面，虽然也制定一些理论研究压碎选项(即单轴抗压强度取为一1)，采用多线性随动强化和设计规范，但由于世界各地材料的差异性以及各国工程模型【I；15％

5、橡胶集料混凝土本构关系曲线如图2所示，其实际的不同，尚缺乏比较系统的理论分析、精细的有限元数它橡胶集料混凝土的本构关系参考文献[6]。值分析及简单实用的经验设计公式，国内外目前对橡胶集钢梁(SOLID45)、钢筋(LINK8)和栓钉(BEAM188)本构料混凝土组合梁的研究近乎空白，因此有必要通过数值分关系均采用双线性随动强化模型(BKIN)。采用VonMises析的方法来研究这种组合梁的力学性能。屈服准则。屈服后的应力应变关系简化为平缓的斜直线，文中考虑了四种类型的试件，分别为普通混凝土组合并取

6、E。=0．01E，其优点是应力应变关系唯一，有利于保证梁，5％、10％和15％三种不同橡胶掺量混凝土组合梁，四种试件均采取完全抗剪连接，采用有限元软件ANSYS进行数计算的收敛性。值模拟，分析了这四种构件在静力荷载作用的开裂荷载，极(3)混凝土和其它材料的组合。混凝土与钢筋的组限承载力，跨中节点挠度，着重对橡胶集料混凝土组合梁和合，采用分离式位移协调模型，即利用空间单元LINK8建立普通混凝土组合梁的力学性能作对比分析。钢筋模型，和混凝土单元共用节点。混凝土与型钢的组合，1模型的建立利用非线性接触

7、单元contactl70，174模拟二者的滑移，滑移采用有限元软件ANSYS进行建模，共分析了四种不同面摩擦系数设为O．55。同时在混凝土中相应的位置设置空橡胶掺量的混凝土与型钢组合梁，混凝土的抗拉压强度，弹间梁单元Beam188来模拟栓钉的抗剪，使得栓钉与混凝土性模量，密度等参数选用文献[6]中的试验数据。的节点重合，采用耦合命令和约束方程使栓钉固定在型钢(1)单元类型的选取。计算中对钢梁采用SOLID45上，从而混凝土和型钢形成一个整体共同作用。[基金项目]天津市自然科学基金资助项目(N0．1

8、1JCZDJC24000)32低温建筑技术2011年第12期(总第162期)钢筋混凝土翼板图lWillam—Warnke五参数破坏准则图215％橡胶集料混凝土本构关系图3组合梁示意图(4)建成的Ansys有限元模型。为验证计算结果的正的收敛性，进行了如下的设置：启动大应变选项，选用牛确性，文中模型取文献[7]所进行的试验中组合梁进行数值顿一拉普森非对称算法，力和位移的收敛容差修改为0．05，模拟，建立有限元分析模型如图4所示。梁相关尺寸如下：平衡迭代步数扩大为100，打开自动时间步