不同剪力连接程度钢-混凝土组合梁的有限元分析.pdf
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1、第 3 9卷第 3期 2 0 1 2年 3月 建筑技术开发 Bu i l d i n g Te c h n i q u e De v e l o p me n t Vo 1 3 9, No 3 Ma r 2 0l 2 不:同剪力连接 程度 钢 一混凝 土组合 梁 的有 限元 分 析 雍洪宝 ( 淮安 市建 筑 工程 检 测 中心有 限公 司 , 江 苏 淮安2 2 3 0 0 1 ) 摘要 介绍钢 一 混凝土组合梁 的有限元分析原理 , 建立 了剪力 连接件的单元 刚度矩 阵表 达式 , 提出 了连接件 的非线 性 有限元模 型。采用大型有 限元软件 A N S Y S对均 布荷载作 用下 的
2、钢 一混凝 土简支组 合梁在 不同剪力 连接 程 度下 的应 力、 变形和滑移进行了分析。分析结 果可 用于组合 梁实践应 用中的连接程度优化选择 。 关键 词 钢 一混凝土组 合梁 ; 有限元 ; 非线性分析 ; A N S Y S 中图分 类号 T U 3 1 1 2 文献标 志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 0 5 0 3 I NVES TI GATI oNoF S TEEL CoNCRETE CoM PoS I TE BEAM S W I TH DI FFERENT S HEAR CoNNECTI oN DEGREE BY FEM
3、 Yo ng Ho n g b a o Ke y w o r d s Thi s p a p e r p r e s e n t s t he t h e o r y o f fini t e c l e me n t me t h o d f o r s t e e l c o n c r e t e c o mp o s i t e be a ms, s e t t he e l e me nt s t i f f n e s s ma t r i x o f t he s he a r c o n ne c t o r, a n d e s t a b l i s he d n o n
4、l i ne a r fin i t e e l e me n t mo de 1 I t i n v e s t i g a t e d t h e s t r e s s e s, d e fle c t i o ns a n d s l i p s o f s t e e l c o n c r e t e c o mp o s i t e s i mp l y s u pp o r t e d be a ms wi t h di f f e r e nt s he a r c o n n e c t i o n d e g r e e s u nd e r un i r m l o a
5、 d s b y ANSYS s o f t wa r e Th e r e s u hs ma y b e u s e d i n t he d e s i g n o f s t e e l c o n c r e t e c o mp o s i t e s i mp l y s u pp o fle d b e a ms t o s e l e c t a n o pt i ma l s h e a r c o n n e c t i o n d e g r e e s t e e l c o n c r e t e c o mpo s i t e b e a m ; fin i t
6、e e l e me n t me t h o d; n o n l i ne a r a na l y s i s ; ANSYS s o f t wa r e 自 2 0世纪 5 0年代 , 我 国在武汉 长江 大桥建设 中 首次应用 了钢 一 混凝 土组合结构 以来 , 国内在钢 一混 凝土组合结构 的研 究 和应 用 方 面 , 取 得 了一 系 列 重 大 的理 论 和实践 成果 。随 着计算 机技 术和 数值计 算 方法 的迅 速发展 , 有 限元 法 已成 为 众 多 研究 者 所 接 受 的方 法 之 一 。有 限 元 法 可 以对 各 种 因 素 加 以模 拟 , 为 试验
7、研究 提供合 理 的试验 方案 , 也可 以避 免试 验 中次要 因素 的 干扰 。当然 , 有 限元 法 的 数学 模 型 与实际结构总存在差异, 数 学模型和数值计算就成 为决定有限元分析结果可靠程度的主要 因素。本文 采用弹簧单元模拟连接件 , 对有限元软件 A N S Y S进 行二 次开 发 , 对 3种 不 同 连接 程 度 的 简 支 组合 梁 进 行了 3种工况的数值分析 , 重点分析挠度的变化规 律及 界 面的滑移 分布 。 收稿 日期: 2 0 1 11 21 5 作者简介: 雍洪宝 ( 1 9 6 9 一 ) , 男, 江苏淮安人 , 毕业于南京工业大学, 本 科学历 ,
8、 高级工程师 , 准安市建筑工 程检测 中心有 限公 司 董事长 , 主要从事建筑工程检测和企业管理。 1 有 限元分 析原理 及有 限元模 型 1 1 假设 条件 在钢 一 混凝土组合梁的许多问题上一直沿用弹 性理论 的设 计体 系 , 大量 的试 验 和数值研 究表 明 “ : 在使用荷载作用下 , 钢梁处于弹性阶段和混 凝土翼缘位于应力 应变 曲线 的上升段时, 由于剪 力连接件 的数量和强度 , 其剪切面受力 已进入塑性 阶段 。据此 , 本 文采 用 了“ 混 合 法 ” 钢梁 及 混凝土板采用线性模型 、 剪力连接件采用非线性模 型 , 并作 下列 假设 : 1 ) 平 截 面假
9、设 ; 2 ) 钢梁 为 理想 弹 性体 , 混凝土翼板的应力处于应力 一应变 曲线 的上 升段 ; 3 ) 钢筋混凝土翼板按实体面积计算 , 不扣 除 其 中受拉开裂 的部分 ; 4 ) 不考虑界 面的掀起作用 ; 5 ) 承载力极限状态下 , 界面剪力均匀分布。 I 2 剪力连 接 的模 拟 1 2 1 连接单元模型 根据钢 一混凝土组合梁界面工作机理 , 采用三 个正交弹簧组成的界面单元 , 单元在空间有位置而 5 第 3期 雍洪宝 : 不 同剪力连接程度钢 一混凝 土组合 梁的有限元分析 第 3 9卷 无 几何体 积 , 可 以方 便 地插 入 于 组 合梁 界 面 。界 面 连 接单
10、元 未受 力 时位 于 同一 空 间 点 , 但 又分 别 为 钢 梁和混凝土板的两个节点, 连接单元三个方 向上的 弹 簧 同时具 有拉压 和扭转 刚度 。 1 2 2应 变 向量 设 i 、 分别 属 于 混凝 土板 和钢 粱 的 两 个 节 点 , 受外 力之 前在 空间 上是 同一点 。连接 单元 的应变是 指 i 、 J 分别在 、 Y 0 、 0 、 方 向位移的差值 。 6 = Z 0 0 0 : ( 1 ) = 0 0 0 ( 2 ) 6 、 6 , 分别为 i 两 点 的位 移 分 量 。当 i 两 点 无 限靠 近 , 一 点应 变可定 义为 : S u i 一“ , 同理
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