钢-混凝土组合梁抗弯模型试验及数值分析

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发布时间：2021-09-12

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钢一混凝土组合梁抗弯模型试验及数值分析
牛慧敏
(中铁十二局集团有限公司，山西太原030024)
摘要：钢一混凝土组合结构桥梁在铁路工程领域具有广阔的应用前景，钢一混凝土组合梁中的栓钉连接
件对其抗弯能力有着重要的影响。本文借助栓钉的剪力一滑移关系曲线考虑了栓钉的剪切滑移效应，
利用ABAQUS有限元分析软件对两个钢一混凝土组合模型试验梁进行了非线性分析，并将数值分析结
果和试验测试结果进行了对比，为进一步利用ABAQUS对钢一混凝土组合梁进行有限元分析提供了参考。
关键词：钢一混凝土组合梁ABAQUS数值分析抗弯模型试验剪切滑移
中图分类号：U448．21 6；TU312 ．1 文献标识码：A DOI：10．3969／j．issn．1003·1995．2013．12．O2
钢一混凝土组合结构具有结构经济合理、耐久可
靠、刚度大、承载性能和抗震性能好、自重轻、施工方便
以及噪声小等诸多优点，已被广泛地应用在大跨结构、
高耸结构、多层及高层房屋、桥梁结构以及结构改造、
加固等领域。目前国外高速铁路已经大量地采用这种
结构形式，我国铁路桥梁建设中也在越来越多地采用
组合结构体系。
钢一混组合结构的应用始于上世纪20年代，我国
是从上世纪50年代开始开展对组合梁的研究和应用
的。在设计理论方面，在60年代以前，对组合梁的分
析基本处在弹性理论分析阶段；60年代以后，伴随着
有限元理论的广泛应用和计算机技术的快速发展，对
组合梁的塑性理论分析才慢慢普遍起来⋯ 。
在钢梁一混凝土翼板组合梁(以下称钢一混组合
梁)中，由于钢材和混凝土翼板之间的剪力连接件在
受力时会发生剪切变形，进而会导致组合梁的刚度减
小、抗弯承载能力降低。因此在对组合梁抗弯承载能
力等力学指标分析时，需要准确考虑到界面相对滑移。
ABAQUS是一款功能强大的工程模拟有限元软
件，拥有出色的非线性分析能力。为了更好地研究
钢一混组合梁的抗弯承载能力，本文在引入栓钉剪
力一滑移关系曲线考虑栓钉剪切滑移的基础上，利用
ABAQUS软件对一组钢一混组合梁模型试验梁进行了
建模分析，并将分析结果和试验实测结果进行对比，分
析探讨了两者之间误差产生的原因，为进一步利用
ABAQUS对钢一混组合梁进行有限元分析提供了参考。
收稿日期：2013-04—19；修回日期：2013-08—28
基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(51108023)
作者简介：牛慧敏(1968一)，女，山东滕州人，高级工程师。
1 钢一混凝土组合梁模型试验
1．1 试验概况
试件长5．2 m，两端支撑线间距离为5．0 m。梁和
混凝土板之间按照完全抗剪连接设计，采用两列 19
栓钉，纵向间距80 mm布置。混凝土板内布置的纵向
钢筋、横向钢筋直径均为12 mm，间距为120 mm，截面
具体尺寸见图1。
图1 组合梁横断面不恿(单位：mm)
1．2 加载方式及指标测算方法
对两个配置相同的钢一混凝土组合梁试件
SCCB1和SCCB2进行静载试验，示意图分别见图2和
图3。逐渐加大荷载，直至构件不能再继续承受荷载
为止。跨中弯矩根据实测千斤顶的力，按照力矩分配法
换算得到，跨中位移按照实测跨中截面竖向位移得到。