钢—高强混凝土组合梁非线性分析

【摘要】：钢-高强钢纤维混凝土(以下简称HPFRC)组合梁在我国城市道路中有广泛的应用。这种新型结构利用钢材受拉、钢纤维混凝土受压且耐久性能好的特点,将两种材料通过连接件组合成为整体而共同发挥作用。随着钢-混凝土连续组合梁的进一步应用,其负弯矩区的混凝土受拉开裂,导致负弯矩区截面刚度降低,影响结构的使用功能的问题越来越突出。目前对于组合梁负弯矩区的力学性能有了一定的研究,但在设计理论及实际应用中仍然存在着许多技术难题。 本文在钢-混凝土组合梁非线性分析理论的基础上,考虑了钢-混凝土组合梁各部分的材料特性和钢梁与混凝土交界面的滑移,建立了适合于钢-混凝土组合梁非线性分析的有限元模型。模型中,钢梁采用体单元SOLID45,混凝土板采用体单元SOLID65,采用降温法施加预应力,通过采用弹簧单元COMBINE39,模拟钢梁与混凝土交界面的滑移。在受力过程中,三组钢-混凝土组合梁都经过弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段,破坏形态均为弯曲破坏,整体性能良好。通过非线性有限元分析,得到了两组试件的承载能力、变形、滑移等内容。同时研究了混凝土强度、纵筋配筋率等参数变化对组合梁受力性能的影响。 本文阐述了组合梁在负弯矩作用下的剪切破坏特征和剪切破坏机理,通过对钢梁的塑性分析,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,并提出了可以有效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。并将计算结果和实测结果进行了比较,二者吻合良好。 在试验研究的基础上,本文还采用了ANSYS软件对组合梁进行了分析,结果表明ANSYS软件能很好地分析组合梁的前期受力过程,并验证了本文提出的计算公式的可靠性,同时证明了有限元计算方法的正确性,因此,可以利用非线性有限元方法进行结构分析计算,代替部分试验研究。