考虑粘结滑移的部分充填式钢箱-砼连续组合梁有限元分析

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传统的钢-混凝土组合梁由钢梁和混凝土翼板通过剪力连接件组合而构成,在正弯矩作用下能充分发挥两种材料受力性能;但在负弯矩作用下,混凝土翼板因受拉开裂而退出工作,同时,钢梁处于截面受压区,往往由于存在稳定问题而不能充分发挥其极限承载能力。因此,钢-混凝土组合梁负弯矩下的承载能力及裂缝控制问题往往是组合梁应用及设计的关键。基于以上原因,提出了部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁。部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁由钢筋混凝土翼板与部分充填式窄幅钢箱梁通过抗剪连接件连接形成的连续组合梁,为了改善中间支座区受力性能而在该受压区段窄幅钢箱的较大受压区部分充填混凝土。本文以部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁的试验研究为基础,采用有限元软件ABAQUS对部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁进行仿真模拟分析,考虑了材料、几何及接触等的非线性对连续组合梁的影响,仿真模拟了试验梁在两点对称集中荷载作用下负弯矩区的受力性能,模拟结果和试验结果吻合良好,验证了模型的可靠性,为后续连续组合梁的建模分析提供了依据。对部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁静力学性能进行分析,采用非线性弹簧单元Spring2模拟钢箱梁与混凝土之间的切向粘结滑移作用和抗剪连接件,通过模拟考虑粘结滑移和不考虑粘结滑移情况下,采用不同翼板混凝土强度等级、不同负弯矩区翼板混凝土配筋率以及不同钢箱梁钢板(顶板、腹板以及底板)厚度时连续组合梁极限承载力和变形的区别,得出在工程设计中若是采用完全抗剪连接程度,可以忽略连续组合梁翼板和钢梁间的相对滑移作用,从而简化计算。同时得出通过提高钢箱梁腹板或者底板的厚度能既经济又有效的提高部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续梁的极限承载力和刚度。对部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁在采用不同剪力连接程度、不同栓钉直径情况下进行非线性有限元模拟,分析结果表明采用较大的抗剪连接程度或者较小直径的栓钉作为剪力连接件,能更好的发挥混凝土材料的抗压性能和钢材的抗拉性能,同时也提高了连续组合梁的抗弯刚度;采用较大的抗剪连接程度还有利于提高连续组合梁的极限承载力以及减小交界面的相对滑移值。在考虑了几何非线性、材料非线性以及初始缺陷的影响下,采用弧长法实现对部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁钢箱腹板剪切屈曲(屈服)过程仿真模拟,分析结果表明试验梁钢腹板在承受剪力作用时在连续梁的正弯矩区和负弯矩区交界处附近将发生局部剪切屈曲破坏,可以在该区域通过设置支撑加劲肋以缓解此类现象的发生。
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