负弯矩作用下钢-高强混凝土组合梁栓钉剪切刚度的研究.pdf
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1、2015年第3期西南公路 1 【摘 要】钢-高强混凝土组合梁用于连续梁结构中,不仅能降低梁高,而且有很好的使用性能。而 钢-高强混凝土组合梁的自身特点,即负弯矩区混凝土桥面板开裂后,将会导致组合梁刚度降低,影响桥梁 的耐久性,增加维修养护工作的困难。因此,如何确定负弯矩区高强混凝土栓钉剪切刚度成为研究连续组合 梁桥设计的一个关键问题 【关键词】 【中图分类号】U448.21 【文献标识码】A 。 组合梁;高强混凝土;负弯矩;计算分析;剪切刚度 负弯矩作用下钢高强混凝土组合梁栓钉剪切刚度的研究 简伟锋 简伟锋:负弯矩作用下钢高强混凝土组合梁栓钉剪切刚度的研究 ()吉林省交通规划设计院吉林长春13
2、0021 【收稿日期】 2015-08-24 【作者简介】简伟锋( 1977- ),男,吉林舒兰人,硕士研究生,工程师,主要从事桥梁设计研究工作。 f为栓钉抗拉强度。 u,st 0引言 4 根据上述试验证明,文献中给出高强混凝土 组合梁栓钉连接件的刚度是在正弯矩作用下的合理与正弯矩作用情况相比,负弯矩作用下组合梁 性,对于高强混凝土,我国规范规定的栓钉抗剪承的滑移计算模型有所不同。在负弯矩区,由于混凝 载力计算公式上限过于保守,对栓钉连接件在高强土板在较低的拉应力下就已经开裂,因而,组合梁 混凝土组合梁中的应用研究起到了重大的推动作主要由钢梁、钢筋和剪力连接件三部分发挥作用。 2 用。计算公式
3、为: 文献中的试验研究表明,在使用荷载作用下组合 梁的主要组成部分钢梁和钢筋都没有达到屈服。因(1) 3 此,钢高强混凝土组合梁负弯矩栓钉的布置尤为 文献中的试验研究表明,在负弯矩区栓钉连 重要。 接件的性能并没有明显降低,因此,可以认为正弯 矩区栓钉的荷载一滑移关系对负弯矩区同样适用, 1栓钉连接件 即,负弯矩作用下公 栓钉连接件的刚度,清华大学通过对钢高强 式(1)是否合理,本文通过以下数值计算方法进 混凝土简支组合梁的大量试验,对高强混凝土的基 行验证。 本性能进行了试验研究,对栓钉承载力计算得出以 3 2钢混凝土组合梁的承载能力 下表达式: 当f56 MPa且时, u,st以对称集中荷
4、载作用下的连续梁为研究对象, 计算简图如图1所示,梁微段变形模型如图2所示。 其中, 2 2 2 4h /d 4.0 stst K=1.390.660.80.43nA E f sscck K=0.660.80.43nA E f sscck a= c N =0.43AE faA f Vst g cst u,st 0.7( f40MPa) cu 0.7+0.014(f -40) cu (40f50MPa) cu 0.84( f 50MPa) cu PP LL 3.2仿真结果与试验值比较 对模型进行非线性分析后,导出跨中截面的位 移作为仿真值,将仿真值与理论计算值进行比较, 如图4所示。 利用栓钉连
5、接件的刚度计算组合梁的挠度f(x), 2 采用文献 的计算方法,计算出集中力荷载作用下的 截面曲率 k,在求得组合梁(实梁)各截面曲率 3 k(x)后,根据文献 中共轭梁法原理,把k(x)作为各截面 的荷载集度求得的截面弯矩值,即为该截面的挠度f(x)。 3有限元方法验证栓钉抗剪刚度修 正公式 4结语 通过ANSYS有限元分析软件进行仿真分析,验 证在负弯矩作用下钢高强混凝土组合梁中栓钉抗(1)通过数值计算和弹性理论计算方法栓钉 剪刚度修正公式的正确性。 剪切刚度为较为 3.1有限元分析模型的建立 合理。 本文利用ANSYS建立有限元模型,截面尺寸取 (2)从图4有限元计算结果中可以看出,按弹
6、 5 文献数据,高强混凝土采用 C60,弹性模量为性理论计算出来的剪切刚度与数值计算结果很好吻 4 3.6010 MPa,混凝土板使用混凝土单元 solid65离合,为实际工程设计提供了较为合理的计算公式。 散,考虑裂缝产生引起的非线性现象,当单元产生裂 参 考 文 献 缝后单元应力释放,不再承受荷载;钢梁弹性模量为 1 聂建国,余志武.钢混凝土组合梁在我国的研究及应用.土木工程学 5 2.0610 MPa,钢梁使用壳单元shell143离散;栓钉的报,1999,32(2):3-8. 2 樊健生.钢混凝土连续组合梁的试验及理论研究D.北京:清华大 纵向抗剪作用由弹簧单元Combine14模拟,
7、采用修正 学,2003. 后的剪切刚度;其它连接单元用link10来模拟,并设 3 郭志毅,成果.钢高强混凝土组合梁中栓钉连接件的分析J.山西建 筑,2006(32). 置只承受压力的模式。用直接生成的方法生成全部单 4 简伟锋 .钢高强混凝土组合梁栓钉剪切刚度的修正 J.西南公路 . 元,这样避免了由于优化过程中自由网格划分产生一 2011(3):90-91. 5 张军涛 .钢与高强混凝土组合梁性能研究 D.沈阳 :沈阳建筑工程 些不适合非线性分析的单元而导致优化过程的中断, 学,2004. 最后生成的有限元分析模型,如图3所示。 2 2 K=1.390.660.80.43nA E f ss
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