不同剪力连接程度钢-混凝土组合梁的有限元分析

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发布时间：2021-09-06

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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223001)
[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ANSYS对均布荷载作用下的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；ANSYS
[中图分类号] TU311．2 [文献标志码] A [文章编号] 1001—523X(2012)03—0005—03
INVESTIGATIoNoF STEEL．CoNCRETE CoM PoSITE BEAM S
W ITH DIFFERENT SHEAR CoNNECTIoN DEGREE BY FEM
Yong Hong—bao
[Keywords]
This paper presents the theory of finite clement method for steel—concrete composite beams，set the element stiffness
matrix of the shear connector，and established nonlinear finite element mode1．It investigated the stresses，deflections
and slips of steel—concrete composite simply supported beams with different shear connection degrees under uni~rm
loads by ANSYS software．The resuhs may be used in the design of steel—concrete composite simply suppofled
beams to select an optimal shear connection degree．
steel—concrete composite beam ；finite element method；nonlinear analysis；ANSYS software
自20世纪50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ANSYS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：2011—12—15
作者简介：雍洪宝(1969一)，男，江苏淮安人，毕业于南京工业大学，本
科学历，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