钢-混凝土简支组合梁有限元分析

摘要

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。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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第1章 绪论

1.1钢-混凝土组合结构简介

1.2研究的现状和基本研究理论

1.3本文研究的目的和内容

第2章 钢-混凝土组合梁的基本分析理论

2.1钢-混凝土组合梁典型破坏形态[2]123

2.2钢-混凝土简支组合梁的弹性分析理论

2.3钢-混凝土简支组合梁的塑性分析理论

2.4钢-混凝土简支组合梁挠度计算

第3章 钢-混凝土简支组合梁的有限元分析

3.1有限元方法基本原理和ANSYS软件简介[39]

3.2钢-混凝土简支组合梁的有限元建模

3.3有限元软件计算结果

3.4折减刚度法计算的结果

第4章 组合梁挠度和界面滑移的影响因素分析

4.1荷载大小对组合梁挠度和界面滑移的影响

4.2荷载类型的影响

4.3混凝土强度对的影响

4.4抗剪连接程度的影响

第5章 钢-混凝土简支组合梁的模态分析

5.1组合梁模态分析的意义

5.2简支梁模态理论分析

5.3组合梁的模态分析

5.4钢-混组合简支梁算例模态分析

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

硕士期间发表的论文及参加的科研项目