界面非线性对钢—混凝土组合梁整体力学性能影响的研究

发布时间：2018-05-22 14:45

  本文选题：钢-混凝土组合梁 + 非线性有限元分析　； 参考：《西南交通大学》2016年硕士论文

【摘要】：钢-混凝土组合梁是由钢筋混凝土梁和钢梁为基础所开发的一种新型桥梁结构,通过抗剪连接件或开孔钢板将钢梁与混凝土翼板连成一个整体。组合梁充分发挥两种材料各自的优点,形成刚度大、延性好、强度高的结构形式,在建筑与桥梁结构领域已经取得了较为广泛的应用。组合梁与钢梁和钢筋混凝土梁的主要区别在于连接两个界面的剪力连接件,在荷载作用下由于连接件的存在会使界面处产生相对滑移,这将使组合梁的界面行为变得十分复杂,也将对组合梁的整体力学行为产生影响,而现有对于剪力键的荷载-滑移非线性关系的研究还不全面,与界面滑移非线性行为相关的理论分析与计算仍不够精确,特别是剪力键的非线性本构关系对于组合梁整体力学行为影响方面的研究尚不完善,因此开展界面非线性行为研究及其对组合梁整体结构力学行为影响的研究十分必要。本文主要研究内容如下：本文依托国家自然科学基金青年基金项目“钢-混凝土组合梁的徐变与非线性耦合效应研究”,进行钢-混凝土组合结构推出试验,得到试验中剪力键的剪力-滑移关系,并通过对国内外相关文献的总结,选取部分试验中不同类型剪力键的剪力-滑移曲线,综合分析了各类剪力键的荷载-滑移非线性特征；其次,总结组合梁界面行为与结构力学行为的基本分析理论,对组合梁抗弯极限承载力与变形的计算方法进行分类,分别包括考虑滑移和不考虑滑移时的情况。对组合梁的界面工作机理和两种剪力连接件的力学性能及其荷载-滑移关系进行总结分析；第三,利用有限元分析软件ANSYS对钢-混凝土组合梁进行实体建模,选择合理的界面模拟方法、单元模型与单元连接方式,对各单元的非线性本构关系进行系统分析,在此基础上建立了较为准确反映组合梁界面行为的有限元分析模型；最后,通过分析几种不同形式剪力键本构关系的差别,获得不同剪力键本构关系的弹性阶段、塑性阶段、下降阶段等特征,将各剪力键不同的剪力-滑移关系纳入有限元模型,对所得到的组合梁的极限承载力、挠度、相对滑移、截面应变分布等结果进行对比分析,讨论了不同本构关系特征对组合梁整体结构力学行为的影响情况。
[Abstract]:Steel-concrete composite beam is a new type of bridge structure developed on the basis of reinforced concrete beam and steel beam. Composite beams give full play to the advantages of the two materials, forming a structure with high stiffness, good ductility and high strength, which has been widely used in the field of building and bridge structure. The main difference between composite beam and steel beam and reinforced concrete beam is that the shear joint is connected to two interfaces. The interface behavior of composite beam will become very complicated because of the relative slip of the interface due to the existence of the connection member under load. It will also affect the overall mechanical behavior of composite beams, but the existing research on the load-slip nonlinear relationship of shear bonds is not comprehensive, and the theoretical analysis and calculation related to the nonlinear behavior of interface slip are still not accurate enough. Especially, the study of nonlinear constitutive relation of shear bond on the whole mechanical behavior of composite beam is not perfect, so it is necessary to study the nonlinear behavior of interface and its influence on the mechanical behavior of composite beam. The main contents of this paper are as follows: based on the project of National Natural Science Foundation Youth Foundation, "study on creep and nonlinear Coupling effect of Steel-Concrete Composite Beams", the steel-concrete composite structure launch test is carried out in this paper. The shear-slip relationship of the shear bond in the test is obtained, and the load-slip nonlinear characteristics of various kinds of shear bond are analyzed synthetically by summarizing the relevant literatures at home and abroad, and selecting the shear-slip curves of different types of shear keys in some tests. Secondly, the basic analysis theory of interface behavior and structural mechanical behavior of composite beam is summarized, and the calculation methods of ultimate bearing capacity and deformation of composite beam are classified, including the case of considering slip and not considering slip, respectively. The interface working mechanism of composite beam, the mechanical properties of two kinds of shear connectors and the load-slip relation are summarized and analyzed. Thirdly, the solid model of steel-concrete composite beam is built by using finite element analysis software ANSYS. Choosing reasonable interface simulation method, element model and element connection mode, the nonlinear constitutive relation of each element is systematically analyzed. On the basis of this, the finite element analysis model which accurately reflects the interface behavior of composite beam is established. By analyzing the differences of constitutive relations of several different forms of shear bond, the characteristics of different constitutive relationships of shear bond such as elastic stage, plastic stage and descending stage are obtained, and the different shear slip relationships of each shear bond are incorporated into the finite element model. The results of ultimate bearing capacity, deflection, relative slip and cross section strain distribution of composite beam are compared and analyzed, and the influence of different constitutive relation characteristics on the mechanical behavior of composite beam is discussed.
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441

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本文编号：1922509