考虑滑移的钢-混凝土组合梁有限单元法

利用考虑滑移的钢-混凝土组合梁单元,建立了考虑滑移的钢-混凝土组合梁有限单元法.在粘结剪力和滑移微分控制方程的基础上,建立了关于组合梁单元杆端未知力的力法方程.在力法方程的基础上,给出了组合梁单元的刚度矩阵、杆端位移向量及杆端荷载向量并建立了刚度方程.为验证有限单元法的正确性,对试验梁进行了跨中挠度、沿梁高应变分布及梁端滑移的计算分析.计算结果表明,所建立的考虑滑移的钢-混凝土组合梁有限单元法与试验值吻合较好,计算结果可靠.

考虑滑移、剪力滞后和剪切变形的组合梁单元

通过简单的运动学假设,提出了考虑滑移、剪力滞后和剪切变形的钢-混凝土组合梁位移法单元.由于组合梁存在多种变形的耦合作用,低次单元16DOF(自由度)应力精度较低,而具有5次Hermite多项式形函数的高次单元26DOF能以较少的单元数达到满意的精度.算例分析表明,忽略钢梁的剪切变形可能会导致显著的误差.

用七自由度单元对钢·混凝土组合梁考虑滑移及温度的应力分析

利用钢与混凝土的材料特性而形成的组合梁,按弹性理论计算的基本假定,均匀连接的组合梁,在端部无特殊约束的情况下,因钢与混凝土的相对温度引起的伸缩,会产生结合面间的相对滑移和连接件的温度应力,本文构造了钢·混凝土结合梁考虑滑移的七自由度单元,利用有限元法和解析法对外荷载和温差作用进行了计算,并将计算结果加以对比。

直接法推导考虑滑移及剪切变形的组合梁单元

本文回顾了已有分析组合梁的杆系单元模型,采用直接法推导了考虑接合界面滑移及剪切变形的两节点8自由度组合梁单元。单元模型简单明确,可方便的用于组合梁设计中各种参数调整计算。同时,基于此种单元可进一步考虑混凝土板收缩、徐变、预应力效应及组合截面温差效应。

考虑界面滑移效应的钢-混凝土组合梁新型非线性纤维梁单元模型

目的提出一种新型的考虑钢-混凝土组合梁界面滑移效应的非线性纤维梁单元理论模型,用于此类结构加载至破坏全过程中弹塑性力学行为的高效分析。方法根据钢-混凝土组合梁的结构特点,在传统纤维梁单元理论的基础上,引入钢梁与混凝土板之间的相对滑移变形模式,推导出考虑界面非线性滑移效应、钢梁与混凝土板材料非线性行为的新型纤维梁单元列式及迭代计算方法;并基于理论模型在OpenSees软件中进行新单元的嵌入式二次开发,再利用典型试验梁测试结果验证所建立理论模型及单元开发的有效性。结果笔者建立的单元理论模型对于弹性及弹塑性加载状态下的组合梁力学行为分析均具有很好的适用性,相较于试验结果,结构变形计算结果偏差在8.6%以内,承载力计算偏差在1.7%以内;界面滑移效应对钢-混组合梁的刚度及承载能力产生显著影响,对正弯矩抗弯承载力的影响程度高于负弯矩抗弯承载力。结论笔者所建立的单元理论模型和单元开发程序拓展了纤维梁单元的适用范围,为钢-混凝土组合梁考虑滑移效应的非线性力学行为分析提供了一种高效的计算方法。

考虑纵向滑移的组合梁随机有限元可靠度分析

针对钢-混组合梁构造复杂、材料多样、不确定性强的特点,从随机不确定性的角度来研究钢-混组合梁,基于Newmark几何模型,将钢-混组合梁的混凝土板、钢梁以及剪力连接件作为整体单元考虑,通过采用T.L列式增量法,提出并推导了考虑纵向滑移效应的非线性组合梁单元模型。结合直接微分法,对组合梁的结构响应梯度进行了计算分析;并由FORM法计算得到可靠度指标,对钢-混组合梁算例进行了随机有限元可靠度分析。计算结果表明:在实际工程中,并不需要完全刚性连接来保证结构的可靠性;在保证安全方面,考虑几何非线性来计算结构的可靠度是有必要的。

组合梁滑移特性分析及连接单元改进

通过试验分析了组合梁的滑移特性,提出了一种新的栓钉模型.实测结果表明,当栓钉沿梁纵向均匀布置时,解析法和数值法得出的结果与实测值较吻合.但当栓钉沿梁纵向非均匀布置时解析法得出的数值与实测值偏差较大,而数值法则与实际更吻合.由于栓钉模型考虑了组合梁偏载时栓钉的横向抗剪作用,比单一考虑纵向抗剪模型更符合实际受力情况.因此,有限元方法在处理栓钉的分布及荷载作用时较解析法具有更大的灵活性和实用性.

组合梁抗剪连接件滑移性能有限元分析

抗剪连接件将钢梁与混凝土板组合在一起共同工作的关键部件,其滑移性能是组合梁设计中需要考虑的重要影响因素。本文选用柔性抗剪连接件——栓钉作为研究对象,利用有限元理论予以分析,并与先前实验结果进行比较和对照。

钢箱-混凝土组合梁桥滑移效应分析

为研究滑移效应影响下钢箱-混凝土组合梁桥受力行为及滑移分布规律,利用ABAQUS有限元软件建立以枣木高速段某60m钢箱-混凝土组合梁桥为背景的数值模型,对其弹性阶段进行计算分析。由计算结果可知:随着荷载持续增加,桥梁的纵桥向滑移量、挠度及应变均逐渐增大;滑移量在跨中位置几乎为0,向两端逐渐增大,偏心加载会使所偏方向外侧翼缘的滑移量比内侧翼缘更大;随栓钉间距减小,相同荷载下桥梁的挠度及应变减小,偏心加载比中心加载对桥梁力学性能产生的影响更大。

部分共同作用框架组合梁有限元分析模型

本文提出了一种新的适用框架整体分析的组合梁有限元模型。在分析了相互作用程度对组合梁刚度影响的基础上,根据Newmark等人的一维部分相互作用理论,建立起部分共同作用组合梁平衡微分方程;结合框架组合梁受力特点引入合理的边界条件,推导出了能够考虑滑移的组合梁单元弹性刚度方程;还给出了常见非节点荷载的等效荷载公式。该组合梁单元节点自由度少,每个构件只需一个单元来模拟,方便了带组合梁钢框架的结构分析。本文的研究还为进一步地考虑混凝土开裂、压碎,钢材屈服等非线性因素,建立组合梁单元弹塑性刚度矩阵提供了理论基础。

大跨径组合梁斜拉桥钢混界面连接研究

通过主跨800 m组合梁斜拉桥方案试设计研究,结合考虑滑移的组合梁单元,重点研究了拉索水平力作用下钢混界面剪力分布规律,提出了组合梁斜拉桥连接件优化设计的循环迭代方法;得出在焊钉连接件满足承载力要求时,钢混界面滑移对结构受力的影响基本可忽略的结论。

钢-混凝土组合梁受力特性分析

随着钢-混凝土组合梁在实际工程中的应用越来越广泛。对组合梁的受力特性进行简要分析。栓钉作为组合梁的剪力连接件承受纵向剪力,使钢梁与混凝土板可以共同工作发挥各自材料特性。在组合梁受力过程中剪力连接件发生剪切变形,使组合梁产生剪切滑移现象,作者针对栓钉的此种特性,应用ANSYS软件对组合梁的受力特性与动力响应进行了对比分析。并且分析了剪切滑移现象对组合梁的影响程度。

强化有限元的考虑界面滑移的组合梁数值模拟

该文针对组合梁结构连接界面的非线性效应,采用物理区域与单元网格相独立的策略,并引入无厚度界面单元模拟界面的非连续变形,建立了基于强化有限元的考虑界面滑移的组合梁分析模型。该文所采用的物理区域与单元网格相独立的强化有限元,数学单元和物理单元在空间上重合不再是必要条件,可以根据物理单元力学描述的需要选择数学单元的大小和形状。同时一个单元内可以分成多个区域,各分区可以是不同的材料,可以具有不同的几何形状,可以具有不同的受力特点,如板、梁等,从而可以大大减少复杂结构的网格数量。该文方法可以快速便捷得到剪切连接件抗剪刚度从零变化到无穷大时所对应的挠度、界面滑移以及截面应力的变化,可以直观地确定出抗剪刚度能够充分发挥作用的区间,为实际工程设计中确定经济合理的抗剪刚度提供依据。该文方法计算效率高,可以适用于实际工程复杂变截面及空间结构的计算分析,尤其是规模庞大、受力分析繁琐的桥梁结构。

组合梁界面滑移的计算分析

钢-混凝土组合梁(以下简称组合梁)的界面滑移总是存在的,滑移的存在会降低组合梁的组合作用和刚度,增大挠度,要计算组合梁界面的滑移及挠度,对于简支梁在简单荷载情况下,还可得到解析解,但对于连续梁要得到解析解是十分困难的,另外简支梁的解析解十分冗长,实际运用十分不便。用有限元法计算组合梁的滑移和挠度将是很有效的,不受荷载及支撑条件限制,而有限元法的关键是单元刚度矩阵,该文用虚功原理推导了组合梁的单元刚度矩阵,并用自编的有限元程序对组合梁的滑移和挠度进行了计算,在简支情况下与解析解进行了对比和验证,误差很小,在1%以内。该文推导的单元刚度矩阵可用于小型的自编有限元软件,为快速经济地解决相关的大量实际工程问题奠定了基础。

基于有限元法的组合梁剪切连接件的优化布置

结合有限元思路,采用直接刚度法推导考虑界面滑移的钢-混凝土组合梁的单元刚度矩阵,从而建立了一维组合梁单元模型.采用自编有限元程序计算了在简支情况下的组合梁的滑移和挠度,与解析解进行对比验证,两种方法计算所得结果分布曲线重合,同时也发现界面滑移对挠度的影响不能忽视.在此基础上,根据组合梁界面剪力流的分布情况,且在不增加剪切连接件数量情况下,本文针对全长均匀布置剪切连接的方式提出了采用分段均匀布置方式的优化布置方法,通过对梁端部分与跨中部的剪切连接件按5∶5、6∶4、7∶3、8∶2的分配比率进行分析比较,确定7∶3的分配方式是最优的,且能达到有效减小界面滑移,增大组合作用,进而减小组合梁挠度的目的.