钢—混凝土简支组合梁有限元分析

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近几年来,钢-混凝土组合梁结构在我国发展很快,在建筑和桥梁结构等领域己经得到越来越多的应用,取得了显著的技术经济效益和社会效益[1]。目前,研究钢-混凝土组合梁的理论方法主要有弹性设计方法和塑性设计方法。但这些方法计算的结果都与工程实际存在一些偏差,主要是因为钢-混组合梁实际的受力过程比较复杂,影响计算的因素众多,而理论方法不能考虑所有的影响因素。为提高钢-混组合梁理论公式计算的准确性,一些学者在大量试验数据的基础上,对理论公式进行了修正。但修正之后的理论公式比较复杂,给实际工程应用带来了不便。有限元法作为一种新颖有效的方法应运而生,它的原理简单,方法成熟,假设条件少,就能够准确地模组合梁实际的受力情况,得到准确的结果。本文借助有限元软件ansys12.0对钢-混凝土简支组合梁进行建模计算,重点计算考虑滑移效应的组合梁的挠度和自振频率,并探讨不同因素对组合梁挠度和滑移分布的影响规律。在此过程中,主要做了以下工作:(1)利用ansys软件对钢-混简支组合梁进行整体建模,其中利用solid45单元模拟钢梁和混凝土翼板,利用beam188单元模拟栓钉连接件。计算出组合梁在跨中集中荷载作用下的滑移分布和最大挠度值,并通过与理论公式计算出的挠度值进行比较,验证了模型的正确性。(2)借助ansys软件对多组钢-混简支组合梁在弹性工作阶段进行计算分析,得到不同因素对组合梁挠度和滑移分布的影响规律。组合梁的挠度和滑移量均与荷载大小成正比。合力相同时,荷载分布均匀,简支梁挠度越小,滑移的变化越稳定,最大滑移量越小。组合梁的挠度和滑移值都随着混凝土强度的增加而减小,但当混凝土强度较大时,它的影响越来越小。组合梁的抗剪连接程度提高,最大挠度值和滑移值都将降低,但是当达到完全抗剪连接之后,最大挠度值和滑移值基本保持不变。(3)通过ansys对不同抗剪程度钢-混简支组合梁的进行计算分析,推断出折减刚度法仅适用于抗剪连接程度在50%~100%之间的钢-混凝土简支组合梁。(4)借助ansys软件计对钢-混简支组合梁进行模态分析,计算出的自振频率与考虑动弹性模量、刚度折减、截面剪切变形和转动惯量后的理论公式计算结果基本吻合,验证了ansys软件用于组合梁模态分析的正确性。从计算结果中看出,算例的前三阶振型均为扭转振动,第四阶振型才出现弯曲振动,说明该简支组合梁设计不合理,应加强抗扭刚度。
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