钢-压型钢板混凝土组合梁非线性分析

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发布时间：2021-09-14

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钢一压型钢板混凝土组合梁非线性分析
呼玉琴，胡夏闽
f南京工业大学土木工程学院，江苏南京 210009)
『摘要1 用ANSYS程序对4个简支钢一压型钢板混凝土组合粱试件的受力性能进行非线性分析，在组合梁的有限元模
型中．采用弹簧单元考虑了混凝土翼缘板同钢粱间的滑移；梁单元来模拟混凝土所受到的栓钉对其的局部压力；非线性材料
本构模型考虑了钢材和混凝土的材料非线性特性。通过与试验结果的对比分析发现该模型可以准确地模拟出钢一压型钢板
混凝土组舍粱的荷栽一挠度曲线、交接面荷载一滑移曲线以及压型钢板组合板的开裂过程，因此，可以利用有限元方法研究组
合粱的工作性能。
【关键词1 混凝土组合梁；钢一压型钢板；ANsYs；非线性
【中图分类号]TU375．1 【文献标识码]A [文章编号]l005—6270(2O10)03—0040—02
Nonlinear Finite Element Analysis for Composite Beams with Profiled Sheeting
HU Yu-qin HU Xia-min
(College of Civil Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing Jiangsu 210009 China)
Abstract： Using the ansys computer program were conducted and the mechanical behaviors of these beams
were analyzed．Using spring element to consider a concrete flange plate with the slip between steel beam；beam
element to simulate the concrete suffered a partial pressure of its peg；non—linear material model considers the
material of steel and concrete non-linear characteristics． Compared with experimental results， found that the
model can accurately simulate load-deflection curve， slip Curve and cracking process of composite beams．
Therefore，finite element method can take advantage of the work performance of composite beams．
Key words：composite beams；profiled sheeting；ANSYS；nonlinear
钢一压型钢板混凝土组合梁是一种新型的结构构件。由
于它受力合理且施工方便，今年来已被越来越多地应用于
高层钢结构建筑和工业厂房的楼盖结构中。然而，国内关于
钢一压型钢板混凝土组合梁的设计规范尚不完善。传统一
般采用试验研究的方法，这需要耗费大量的人力、物力、财
力。近年来，随着计算机和计算方法的迅速发展，非线性有
限元理论和计算方法的改进，有限元可以对试验中的各种
因素加以合理的模拟，为试验提供可靠合理的试验方案，也
可以避免结构试验中某些次要的干扰，同时不受试验数量
的限制，正逐渐成为工程应用的常用工具软件。
本文采用非线性分析的方法，运用大型有限元软件
ANSYS对简支钢一压型钢板混凝土组合梁进行了建模分析，
并将分析结果与试验结果进行了对比。
1 ANSYS程序对组合粱的建模分析
l_l 混凝土单元的本构关系及破坏准则
Solid65单元是ANSYS软件专门为混凝土材料定义的
一种单元，本身具有由弥散钢筋单元组成的整体式钢筋模
型，能简单合理地模拟钢筋的受力性能。混凝土本构关系采
用E．Hognestad建议的应力一应变曲线f21，在ANSYS程序中
利用等向硬化模型(Isotropic Kinematic Hardening)来表达
应力～应变关系。即
2旦
￡0
1-0． 15 e-e~一
S
u
一8o
s≤0
(1)
l 8o≤￡≤￡
式中，￡表示混凝土的应变；￡表示相应于棱柱体抗压
强度时混凝土的压应变，取0．0o2；￡表示混凝土的极限压
应变，取0．0033；表示混凝土的应力；为混凝土棱柱体抗
压强度。
该模型有下降段，在下降计算时容易发散，故求解时收
敛条件用位移收敛准则来控制。混凝土的破坏准则采用
Willam—Warnke五参数破坏准则，单轴受拉下的混凝土的
破坏准则为达到极限拉应力，混凝土就开裂。裂缝模型选取
半脆性模型。在混凝土开裂后可以进行应力释放．收敛性较
好，可以减少对网格大小的依赖。在ANSYS程序中其裂缝