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钢-混凝土组合梁的非线性有限元分析

发布于:2016-06-23 21:50
有限元分析

      目前,对于钢-混凝土组合结构,常用的非线性有限元分析模型有:
      a.层间模型。该模型计算简单,但是不便于分析预应力钢筋的作用。
      b.多节点有限元模型。常用的有三节点、四节点、八节点等有限元模型,其计算结果精确,能用于分析结构局部受力和变形情况,考虑了预应力、异形结构等多种复杂受力情况。但是其涉及的节点多,单元多,工作量大,较难推广应用。
      c.杆系模型。采用杆系模型计算简单,受力明确,因而应用广泛。
      在分析杆系模型的基础上,提出一种新的钢-混凝土组合梁的有限元分析方法。该方法首先提出了钢-混凝土组合梁全过程工作中4个特征状态(钢梁下翼缘应力达到0.2fsy、钢梁下翼缘初始屈服、钢梁腹板下翼缘0.3hw高度处屈服及构件正截面破坏)的弯矩、曲率计算公式,基于上述的这些特征参数,运用最小二乘法分析得到组合梁截面弯矩-曲率关系的解析表达式。然后利用弯矩曲率关系的解析表达式建立简支组合梁的有限元分析模型。
      为简化计算,进行下面的一些基本假定:
      a.截面应变符合平截面假定;
      b.忽略钢梁与混凝土翼板之间的相对滑移;
      c.混凝土受压的应力应变关系采用Hognestad模型。在此,将应力应变关系表述为:σc=fc(εc)。
      d.钢材应力应变关系符合理想弹塑性曲线。
      组合梁正弯矩区受拉边缘钢梁应力达屈服强度的20%时应力应变分布如图所示。其中:εs1,εs2,εs3,εs4分别为钢梁下翼缘和上翼缘上、下表面应变;σs1,σs2,σs3和σs4为其相应应力;εr′和εc为钢筋和混凝土上表面应变。可见,在钢梁下翼缘达到屈服应变的20%时,混凝土和钢梁处于弹性工作状态。第1类“T”型截面的塑性中和轴位置在混凝土翼板内,条件是混凝土翼板全截面受压的压力合力大于钢梁全截面受拉时的拉力合力,即Fcf≥Fr′≥Fsf。否则为第2类“T”型截面,中和轴位于钢梁内。当中和轴位于边界时,按图可推导得到: 其中:bc,bf′,bf分别为混凝土板、钢梁上、下翼缘宽度;hc,hf′和hf为混凝土板、钢梁上、下翼缘宽度;Ar′为钢筋面积。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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