abaqus組合梁連接件模擬研究

ABAQUS軟件在預(yù)應(yīng)力鋼混凝土疊合梁剪力鍵受力特性分析中的應(yīng)用1前言簡(jiǎn)支組合梁具有充分發(fā)揮鋼材抗拉性能好和混凝土抗壓強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)但對(duì)于連續(xù)組合梁在支座負(fù)彎矩區(qū)這一優(yōu)點(diǎn)沒能體現(xiàn)。有效的解決方法是采用預(yù)應(yīng)力組合梁。施加預(yù)應(yīng)力的方式主要有三種一是預(yù)彎鋼梁的預(yù)應(yīng)力組合梁其次是體外預(yù)應(yīng)力組合梁再者是在組合梁混凝土翼板內(nèi)布置縱向預(yù)應(yīng)力束［12］。本文研究后一種情況。剪力鍵是預(yù)應(yīng)力鋼啡鋼梁與混凝土之間相對(duì)滑動(dòng)的剪力又要承受促使兩者分離的掀起力還要肩負(fù)預(yù)應(yīng)力的傳遞。它沿鋼梁與混凝土板的交界面設(shè)置它直接決定著預(yù)應(yīng)力疊合梁結(jié)構(gòu)性能和使用性能因此對(duì)其進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和受力特性分析確定其對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土疊合梁整體性能的影響就顯得尤為重要。本文用數(shù)值分析的方法對(duì)影響剪力鍵在預(yù)應(yīng)力作用下的受力和鋼梁與混凝土板之間的相對(duì)滑移的因素進(jìn)行了和研究提供一定的參考。2分析方法和計(jì)算模型以一預(yù)應(yīng)力鋼-ABAQUS軟件構(gòu)建剪力鍵及整個(gè)結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。在計(jì)算分析時(shí)結(jié)構(gòu)材料采用彈性通過改變施加的預(yù)應(yīng)力、剪力鍵的布置（間距和長(zhǎng)度）、預(yù)應(yīng)力鋼絞線的配筋率來分析上述因素對(duì)剪力鍵在預(yù)應(yīng)力作用下的受力和鋼梁與混凝土板之間的相對(duì)滑移的影響歸納總結(jié)提出其影響的變化規(guī)律。2.1構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式構(gòu)造橫斷面如圖1所示縱向長(zhǎng)度為3米。鋼梁與混凝土板連接采用焊釘剪力鍵形式混凝土板中布置了縱向和橫向鋼筋其中橫向鋼筋為上、下層布置縱向鋼筋只布置上層，下層為預(yù)應(yīng)力鋼絞線。圖1構(gòu)造橫斷面圖（單位:CH1）2.2作用荷載本文只研究在鋼絞線預(yù)應(yīng)力作用下剪力鍵的受力特性和鋼梁與混凝土板之間的相對(duì)滑移。

表1材料參數(shù)詳表項(xiàng)日強(qiáng)膛設(shè)計(jì)值(MPa)彈性範(fàn)址(lO'N/m1)泊松比鋼梁2952060.酋混飆+?軸用1?-4軸拉1.32.50.2勰筋2000.酋1950.ii焊釘2LU2100.ii2.3材料及其參數(shù)鋼梁為Q345DC40II纟12.7mm的1X7結(jié)構(gòu)I860釘》GB10433-2002①16。詳見表1。2.4分析工況在考慮影響剪力鍵在預(yù)應(yīng)力作用下的受力特性因素的基礎(chǔ)上在混凝土板厚不變的情況下就以下幾種工況進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。如表2所示。表2工況表T況鋼絞線預(yù)麻力(呼叮焊釘長(zhǎng)度"?)焊釗仙斷心討錮紋線配筋率(幻1L.110239201.041.2120&1.3139B22.I139B5201.042.272.3933.1[13559101.043.2203.33044.1139B9200.704一20.874.31.042.5有限元模型有限元分析模型中的鋼梁、混凝土板和焊釘以空間8節(jié)點(diǎn)實(shí)體等參單元C3D8R節(jié)點(diǎn)空間桿單元T3D2模擬。焊釘與鋼梁的焊接作用、焊釘和鋼筋與混凝土板的埋入作用用嵌入式空間實(shí)體組合單元來模擬。鋼絞線的預(yù)應(yīng)力通過Initialconditions命令來給鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力。圖2混凝上組合單:元

對(duì)于鋼筋與混凝土而言嵌入式3E間實(shí)體組合單元模型是將鋼筋與混凝土單元分開嵌入方法是鋼筋單元混合進(jìn)混凝土單元中這種嵌入單元的剛度矩陣和內(nèi)力矢量包含了鋼筋的貢獻(xiàn)。與傳統(tǒng)方法相比其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在單元?jiǎng)澐謺r(shí)不用考慮鋼筋走向鋼筋可以用任何方式穿過混凝土單元（見圖2）且可以充分體現(xiàn)鋼筋的空間效應(yīng)。根據(jù)2科進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行計(jì)算同理1根桿單元對(duì)混凝土實(shí)體單元?jiǎng)偠鹊呢暙I(xiàn)為:如果混凝土單元中含有n同理1根桿單元對(duì)混凝土實(shí)體單元?jiǎng)偠鹊呢暙I(xiàn)為:如果混凝土單元中含有n根桿單元其組合剛度為'【巧3%］g戶I皆HlP笛外式中［Ke］為混凝土組合單元?jiǎng)偠染仃嚕郾?］為桿單元?jiǎng)偠染仃嚕轂榛炷?為空間桿單元對(duì)混凝土單元?jiǎng)偠鹊呢暙I(xiàn)。aa整體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃b局部結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃圖孑結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分圖孑結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分I-I-g--￡J-tos'su*r.■X■I.TS靜FT圧腰民司圖4丁況1焊釘最大應(yīng)力ffl圖5工況2焊釘最大應(yīng)力圖問iTi可距im〕■WikSLlm問iTi可距im〕■WikSLlm<lroanomnsioso0的l.ooi.oa圖6工況3焊釘最人應(yīng)力圖圖7丁一況4焊釘最大應(yīng)力圖鋼梁和混凝土板之間的相互作用采用接觸模擬接觸類型為主面從面。接觸特性由切線方向和法線方向行為構(gòu)成。為了保證模擬運(yùn)算PenaltyHard接觸當(dāng)接觸面之間為受壓作用時(shí)接觸作用就會(huì)產(chǎn)生當(dāng)接觸面之間產(chǎn)生剝離或者接觸壓力為零或負(fù)值時(shí)接觸約束就會(huì)失去作用。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分如圖3所示。3計(jì)算結(jié)果及分析在鋼絞線預(yù)加力作用下計(jì)算分析得到了在不同工況下疊合梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)。圖47所示為各個(gè)工況下的4分點(diǎn)、中點(diǎn)部位的焊釘剪力鍵的最大應(yīng)力與各個(gè)參數(shù)之間的變化關(guān)系。每一圖中4條曲線依次為4分點(diǎn)S11、4分點(diǎn)S33、中點(diǎn)S11、中點(diǎn)S33。其中S11為S33為沿梁縱向的應(yīng)力。圖44分點(diǎn)、中部的焊釘應(yīng)力S11S33是先增大后減小且變化幅度較小。圖5，焊釘應(yīng)力總體上先增大后減小，中部的焊釘應(yīng)力變化較小,而端點(diǎn)部位的焊釘應(yīng)力變化較大。圖6，單根焊釘所要傳遞的預(yù)加力應(yīng)力越大。圖74分點(diǎn)S11S334分點(diǎn)S33S11先減小后增大。綜合圖474分點(diǎn)焊釘應(yīng)力小。這說明在疊合梁混凝土翼板中施加的縱向預(yù)應(yīng)力，通過剪力鍵傳遞由端部向跨中逐漸減小。圖811分別描述了工況14下疊合梁端點(diǎn)處、4分點(diǎn)處、中點(diǎn)處鋼混凝土相對(duì)滑移與各個(gè)變化參數(shù)之間的變化規(guī)律。其中

012-.imnLD3QLiaoi^denggoijqu幻劉l??鋼按親逓力離』h山-nSE-0J6-0?-?中jfiE亠甬占012-.imnLD3QLiaoi^denggoijqu幻劉l??鋼按親逓力離』h山-nSE-0J6-0?-?中jfiE亠甬占1H一日一中盤占旳&.o.o.o.0.n0.D.0.0.01O.JDQ.K1-■-前點(diǎn)占wa甘點(diǎn)占也中點(diǎn)4-r-嗎好點(diǎn)占1B中貞占U3圖8丁況1鋼混凝土相対滑移圖i7埠釘芒直lorj圖9工況2鋼混凝丄相對(duì)滑移圖0.3&1O.l'i-￡>.12.-^.]Q-O.W0.06-Q.pd-O.(P-U.M--------lzllloe~If]iIr]iI1IiI:I~O.?0O.ra0.9b0￡Q.4GD.ffi]WLft5圖10工況3鋼混凝上相對(duì)滑移圖圖11工況4鋼混凝上相對(duì)滑移圖5U15U3為沿梁縱向的鋼混凝土相對(duì)滑移。圖84分點(diǎn)處的鋼混凝土相對(duì)滑移是不斷增大的中點(diǎn)處的鋼混凝土相對(duì)滑移變化較小5U3一直接近于零但是端點(diǎn)處的鋼混凝土相對(duì)滑移變化卻比較劇烈、明5U35U1卻是先增大后減小。圖9,4分點(diǎn)處的鋼混凝土相對(duì)滑移是不斷增大的中點(diǎn)處的鋼混凝土相對(duì)滑移變化較小5U3一直接近于零端點(diǎn)處的鋼混凝土相對(duì)滑移變化比較劇烈、明顯5U3不斷5U1卻是不斷減小。圖10TOC\o"1-5"\h\z45U15U3卻5U3—直接近于零。圖11與圖9的變化規(guī)律很,4分點(diǎn)處的鋼混凝土相對(duì)滑移是不斷增大的中點(diǎn)處的鋼混凝土相對(duì)5U3—5U35U1卻是不斷減小。綜合圖811絞線配筋率這四個(gè)變化因素對(duì)4分點(diǎn)處、中點(diǎn)處鋼混凝土相對(duì)滑移的影響規(guī)律相差不大也表明了越靠近梁的跨中鋼混凝土相對(duì)滑移量越少。4結(jié)論通過對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼-混凝土疊合梁的受力特性進(jìn)行的有限元分析中可以看出預(yù)應(yīng)力的施加、剪力鍵的布置（間距和長(zhǎng)度）、鋼絞線配筋率