考虑滑移效应的钢-混凝土组合梁非线性有限元分析

即使是完全抗剪连接组合梁,混凝土板与钢梁之间仍存在滑移。在此提出考虑滑移效应的钢-混凝土组合梁的有限元分析方法,利用本方法计算了简支组合梁在不同剪力连接程度和各种均布荷载作用下的挠度、应力和滑移分布,并对计算结果和理论与试验结果作出了对比,证明本方法分析钢-混凝土组合梁的正确性和实用性,并得出了一些实用的结论。     

弯扭作用下组合梁的非线性分析

对扭矩作用下型钢-混凝土组合梁的性能进行研究,如建筑或桥梁中的曲杆。设计规范和实际设计中常忽略扭矩作用下钢梁与混凝土板的组合效应。采用有限元软件ABAQUS,建立三维有限元模型,考虑部分剪力连接的影响,模拟弯扭作用下型钢-混凝土组合梁性能。考虑材料非线性和几何非线性,选用块单元和桁架单元进行模拟。以跨度、剪力连接水平等为参数,进行参数研究。分析发现了一个新现象,并通过试验验证。这个现象称为"扭转引起竖向滑移",它使假定平面构件发生弯曲。跨度对型钢-混凝土组合梁的弯曲-扭转效应的影响很大,而部分剪力连接却没有影响。最后,提出了设计模型。     

钢-混凝土组合梁收缩徐变分析方法

钢-混凝土组合梁通过剪力连接件将钢梁和混凝土板连接在一起共同工作,其中钢材主要受拉应力,混凝土主要受压应力,能发挥两种材料各自的性能优势。对于钢-混凝土组合梁,混凝土板的收缩徐变导致结构的内力重分布。文中基于平截面假定推导出杆系单元下的组合梁混凝土收缩徐变效应的有限元分步计算公式;同时采用通用有限元软件ANSYS建立某试验梁的有限元模型,对试验梁进行收缩徐变效应计算,将ANSYS有限元计算结果与分步计算公式结果和实测数据对比分析。     

不同剪力连接程度钢-混凝土组合梁的有限元分析

介绍钢-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ANSYS对均布荷载作用下的钢-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。     

部分剪力连接钢-混凝土组合梁的非线性有限元分析

在受弯承载力和变形许可的条件下 ,钢 -混凝土组合梁采用部分剪力连接 ,不但可以降低造价 ,而且方便施工。采用大型有限元软件ANSYS作为仿真分析工具 ,通过自定义一种非线性弹簧单元 ,探讨了均布荷载作用下的钢 -混凝土简支组合梁在不同剪力连接程度系数下的受力性能 ,并将有限元计算结果与已有的试验结果作比较 ,验证了计算结果的合理性。其结论还可以指导实际工程中组合梁剪力连接程度的选择。     

密实截面组合梁的竖向抗剪强度Ⅰ:受正弯矩作用的组合梁

挖掘混凝土翼板的抗剪潜力,充分利用钢-混凝土组合梁的组合抗剪作用,有利于进一步提高组合梁的经济效益.采用通用有限元程序ABAQUS 6.5,对密实截面组合梁正弯矩区的弯剪强度问题进行研究.分析结果表明,提出的有限元分析方法,特别是钢-混凝土的界面模型,可以准确预测组合梁的弯剪强度,同时对组合梁的变形刚度也可以较准确地模拟.在此基础上,利用有限元方法,对混凝土翼板截面尺寸、剪力连接程度、剪跨比等参数进行计算分析,回归得到考虑剪力连接程度影响的组合梁竖向抗剪强度计算公式.研究发现,在正弯矩区段,组合梁抗剪强度相对于钢梁腹板抗剪名义值的提高,不仅来源于混凝土翼板的抗剪作用,组合作用的贡献也很显著;采用建议的抗剪强度公式,可以不考虑简支组合梁弯矩与剪力的相互影响.     

预制装配式钢-混组合梁有限元计算模型分析

为研究预制装配式钢-混组合梁的合理有限元计算模型,以一座30 m跨径预制装配式简支钢-混组合梁桥为对象,采用大型有限元程序分别建立组合截面和不同钢梁-混凝土板连接条件下的分离截面的杆系模型,并将有限元计算结果与现行规范公式计算结果进行了对比.研究表明,钢梁-混凝土板的连接条件对分离截面杆系模型的计算结果具有重大影响;有...     

部分剪力连接简支组合梁的混凝土翼缘有效宽度有限元分析

采用ANSYS有限元软件对部分剪力连接简支组合梁混凝土翼缘的有效宽度进行了系统的研究,探讨了荷载类型、剪力连接度、组合梁的宽跨比、混凝土板厚度等因素对组合梁有效宽度的影响,以及有效宽度沿组合梁跨度方向的变化关系。结果表明,组合梁中混凝土板有效宽度随着剪力连接程度的提高而增大,随着宽跨比的增加而减小。最后,拟合出了混凝土有效宽度的计算公式,为有关组合梁的进一步研究提供了依据。     

国外期刊论文简介

Engineering Structures钢-混凝土组合梁的长期分析:为评估有效宽度进行的有限元建模L.Macorini(意大利),M.Fragiacomo(新西兰),C.Amadio(意大利),B.A.Izzuddin(英国)该文给出了一个适合钢-混凝土组合梁长期分析的有限元模型。在有限元模型中,钢梁部分用一维的梁单元来模拟,混凝土板部分用二维的壳单元来模拟,两种单元的交界处用具有特殊用途的连接单元来模拟。通过这种方式,可以考虑连接系统的变形能力以及混凝土板中的剪切滞后现象。在模拟混凝土性能时仔细考虑了平面应力状态下的流变现象,如蠕变和收缩,以及由于开裂引起的非线性性…     

机械连接和黏结的钢—混凝土组合梁性能

研究由传统焊接-螺栓连接或基于新型黏结方法连接的钢-混凝土组合梁的性能。对5根组合梁进行了试验。接触面的剪切应力分布依赖于几个参数,其中剪切力沿轴线分布。完全黏结可确保钢梁和混凝土板之间剪切力传递的连续性。采用抗剪螺栓连接的混凝土和钢材,很难保证完全连接。在混凝土没有破坏的情况下,两种材料的连接质量主要取决于抗剪螺栓的数量。中性轴的位置变化,取决于外荷载和钢梁的应变状态。黏结的组合梁与机械连接的组合梁,沿纵向和垂直方向的应变分布是不同的。剪力连接所选用的连接方式也影响着接触面滑移的分布。对试验结果进行了分析,并与理论结果进行了对比。     

Behavior of steel-concrete composite cantilever box beams under negative moment

Four steel-concrete composite cantilever beam specimens were tested to investigate their mechanical behavior under negative moment induced by concentrated loads at the ends of the beams. The failure modes, serviceability and ultimate bearing capacities of the composite beams with full shear connection were studied. The crack initiation and propagation were investigated with consideration of two types of shear connectors. Three kinds of longitudinal reinforcement ratios were also examined. The experimental results indicate that an increase in the reinforcement ratio is beneficial to the bearing capacity of the composite beams to some extent and that the shear stud connector is superior to the steel block connector with regards to the serviceability of the beams. Two numerical models, which were based on a concrete material model and an elasto-plastic material model, were employed to simulate the behavior of steel-concrete composite beams. The numerical calculation results show that the combination of the two models can be used to predict the longitudinal cracking load and ultimate bearing capacity of composite cantilever beams. Based on the experimental and numerical results, it was found that the ultimate bearing capacity of a steel-concrete composite beam under negative moment can be significantly affected by longitudinal cracks in the concrete slabs. An equation to predict the longitudinal cracking load of a composite cantilever beam under negative moment by concentrated load was proposed and found to have good accuracy.     

剪力连接件在组合结构桥梁中的设计与新理念

剪力连接件是影响钢与混凝土组合结构受力性能、保证异种材料共同工作以提升综合性能的关键性构件。根据剪力连接件对钢与混凝土结合面相对滑移约束程度的不同将组合梁分类,结合典型实例,对适用于不同形式钢-混组合梁的传统与新型剪力连接件的构造与受力特点进行比较分析,探讨了剪力连接件在组合结构桥梁上的应用与钢混结合面设计的新理念。     

新型外包钢-混凝土组合梁与普通钢-混凝土组合梁性能对比分析

新型外包钢-混凝土组合梁与普通钢-混凝土组合梁相比具有受力性能好,防火性能高,综合经济指标提升等优势。运用ANSYS有限元分析软件从完全剪力连接和部分剪力连接两个方面对新型外包钢-混凝土组合梁和普通钢-混凝土组合梁进行受力性能对比和分析,得出新型外包钢-混凝土组合梁性能优于普通钢-混凝土组合梁的结论。     

Behavior of composite beams prestressed with external tendons: Experimental study

The paper deals with the failure mechanisms and behavior of composite steel-concrete beams prestressed with external tendons and subjected to positive bending. Experimental tests were carried out on beams with straight and draped tendons as well as on a non-prestressed beam. Six simply supported beams subjected to a positive static bending moment were tested up to failure. The influence of shear connection flexibility was taken into account and slip was measured along the beam axis. Concurrently, push-out specimens were made and tested to determine shear force vs. slip curves. It was found that at the same eccentricity of tendons (draped or straight without saddle points) the tendon shape has no significant effect on the behavior and ultimate resistance of composite steel-concrete beams. It is also shown that steel-concrete bond cohesion can significantly influence the behavior of the shear connection in composite beams. This influence is comparable with the design shear resistance of a single stud connector.     

钢-混凝土高托座组合梁设计中的若干问题

本文对钢-混凝土高托座组合梁进行了较全面的分析。特别是对组合梁的挠度进行了研究,对组合梁截面设计采用优化方法,即在满足强度、刚度要求的情况下,使造价最低。作者进行了10个抗剪推力试件及3根钢-混凝土高托座组合梁的破坏试验。试验表明,托座具有较好的抗剪强度,本文提出的组合梁挠度计算公式在弹性范围与试验结果吻合较好。     

复杂应力状态下抗剪连接件应力在组合梁桥的实验研究

为了研究组合梁在复杂应力状态下抗剪连接件的力学性能,进行了两个布置有不同类型的抗剪连接件的小规模模型测试。这些模型的设计都是基于广州的一座组合梁桥。详细地研究了在相同边界条件下的刚性抗剪连接件模型和弹性抗剪连接件模型的钢筋混凝土交界面的相对滑移的比较分析。在三种不同类型的荷载形式作用下的两种抗剪连接件的反应也进行了比较。模型测试结果表明混凝土的极限承载能力是决定钢筋混凝土交界面上的相对滑移的关键因素而且刚性抗剪连接件和弹性抗剪连接件的区别是非常明显的。这份报告对于组合梁的抗剪连接件的未来研究和设计很有参考价值。     

体外索钢箱-混凝土组合梁力学性能研究

对一种新型的体外索钢箱-混凝土组合梁与普通的钢箱-混凝土组合梁进行对比试验,研究这两种钢箱-混凝土组合梁受力过程中的应变分布、界面滑移、刚度、极限强度等力学性能的差异。试验证实,体外索钢箱-混凝土组合梁比普通的钢箱-混凝土组合梁的刚度提高54.15%,极限强度提高27.72%。由于体外索的作用,减少了钢箱-混凝土组合梁的脆性破坏程度,提高了结构的强度与刚度,使钢箱-混凝土组合梁的应变分布和增长更为合理。因此,体外索钢箱-混凝土组合梁具有更好的力学性能。试验表明,截面应变沿宽度方向呈非线性分布,剪力滞效应随荷载的增加而变化,并不是常量。研究还发现,体外索应力与混凝土翼板最大压应变有密切的关系。在试验研究基础上,建立了截面非线性分析模型和体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度计算公式,计算的极限强度与试验结果符合很好,这为体外索钢箱-混凝土组合梁极限强度的理论分析和工程实际应用提供了有意义的参考和研究途径。     

钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下抗剪性能的试验研究

通过3根钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的试验,研究了其变形发展及破坏过程,得到了组合梁的跨中剪力-挠度曲线、交界面滑移曲线和沿截面高度分布的应变变化曲线,分析了剪切连接程度、截面尺寸、剪跨比、材料强度、钢筋配置等因素对组合梁承载力和延性的影响。对钢梁进行了塑性分析,得出在负弯矩作用下钢-混凝土组合梁抗剪承载力的提高不是由于钢梁腹板的硬化效应所致,而是由于混凝土翼板的贡献,并提出了考虑混凝土翼板影响的组合梁在负弯矩作用下抗剪承载力计算公式。将计算结果与实测结果进行了比较,二者吻合良好。