下载文档原格式
浅谈新型钢板抗剪连接件的有限元引言混凝土板和钢梁间的抗剪连接件在建筑中至关重要，它与整个梁板结构的承载能力息息相关。
抗剪连接件的类型多种多样，其中运用最广的是带头栓钉、斜钢筋和角钢等柔性抗剪连接件和方钢连接件、T形连接件等刚性抗剪连接件。
这类抗剪连接件不仅要求抵抗混凝土板与钢梁界面上的剪力，使得两者不能自由滑移，而且要求能防止混凝土板与钢梁分离。
目前关于抗剪连接件抗剪承载力的相关研究较多，但抗剪连接件均有个共同特点，就是混凝土板厚足够厚，这无疑给抗剪连接件的成功使用提供了基础。
实际上，工程中也会遇到这样一种情况，由于建筑功能的限制，结构梁高较小，钢梁顶面的混凝土厚度也因此变薄，常规连接件所需的厚度将受到挑战，再者，变薄了的混凝土板厚尚须预留考虑承受楼板负弯矩钢筋的空间，混凝土的浇筑质量也因此受到影响。
本文以此为研究背景，根据抗剪连接件的工作原理，通过研究改进，提出一种新型不连续钢板抗剪连接件，见图1。
这种抗剪连接件有如下特点：（1）利用钢梁翼缘嵌入混凝土板中的有利条件，巧妙的设计了翼缘水平处不连续钢板，利用不连续钢板与混凝土之间的局部受压提供界面抗剪承载力；（2）利用不连续钢板嵌入混凝土形成的上下“阻挠”特点，防止钢梁与混凝土的掀起脱落；（3）采用不连续钢板可节约钢材；（4）不连续钢板布置于钢梁两侧，可确保钢梁表面混凝土的浇筑质量。
下面将重点对这一新型连接件进行弹塑性有限元分析研究，并与成熟的有代表性的带头栓钉的抗剪连接件进行对比分析，以进一步论证新型连接件的可行性。
1 抗剪连接件推出试验数值计算对比1.1 基本假设影响混凝土板与钢梁传力的因素很多，为了简化分析，采用如下基本假设：1）计算中结构进入弹塑性阶段；2）为了更好的考虑混凝土的局部受压，不考虑混凝土与钢梁之间的粘结作用，仅将其作为结构的安全储备；3）为节约计算成本，截取一半钢箱梁建立有限元模型进行分析，并在截断处设置轴对称模型边界条件，对钢梁采用逐渐增大荷载的方式进行加载，如图1所示；4）该计算模型的不连续钢板间距b取300mm，焊接钢筋的直径为25mm。
![梁模型有限元计算_ANSYS Workbench有限元分析实例详解（静力学）_[共7页]](https://img.taocdn.com/s1/m/ba2491b227d3240c8547ef2c.png)
4.2 梁单元静力学分析当结构长度对横截面的比率超过10:1，沿长度方向的应力为主要分析对象，且横截面始终保持不变时，即应用梁单元。
梁单元可用于分析主要受侧向或横向载荷的结构，如建筑桁架、桥梁、螺栓等。
在WB中默认为铁摩辛柯（Timoshenko）梁单元，即Beam188和Beam189，可计算弯曲、轴向、扭转和横向剪切变形。
其中Beam188采用线性多项式作为形函数，Beam189采用二次多项式作为形函数，当WB的Mesh设置中Mesh-Element Midside Nodes为Dropped 时，即为Beam188；Mesh-Element Midside Nodes为Kept时，即为Beam189。
有限元对单元特性的描述包括单元形状、节点数目、自由度和形函数。
表4-2-1为Beam 单元的对比。
在WB中默认设置为二次单元。
一般来说，线性单元需要更多的网格数才能达到二次单元的精度。
选用二次单元可提高计算精度，这是因为二次单元的曲线或曲面边界能够更好地逼近结构的曲线和曲面边界，且二次插值函数可更高精度地逼近复杂场函数，所以当结构形状不规则、应力分布或变形很复杂时可以选用高阶单元。
但高阶单元的节点数较多，在网格数量相同的情况下由高阶单元组成的模型规模要大得多，计算内存消耗也多，因此，在使用时应权衡考虑计算精度和时间。
表4-2-1 Beam单元对比4.2.1 梁模型有限元计算用ProE建立一桁架模型，导入WB进行分析计算。
（1）ProE建模。
在草绘界面绘制一边长为30mm、40mm、50mm的三角形，然后选择投影命令将草绘图形投影到基准面上，另存为x_t文件（其他3D软件操作方法类似）。
（2）导入模型。
如图4-2-1所示，在Import设置中，Operation设为Add Frozen，Line Bodies 设为Yes。
– 65 –– 66 – 图4-2-1 Import ProE模型文件设置（3）梁截面赋值，并定义截面方向，最后用Form New Part将三根梁合并为一个部件，如图4-2-2所示。
新型部分填充钢-混凝土组合梁受剪性能试验及有限元模拟研
究
刘源;辛力;姚怡帆;高悦
【期刊名称】《建筑结构》
【年(卷),期】2024(54)10
【摘要】采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立足尺有限元模型,对新型部分填充钢-混凝土组合梁进行受剪承载力分析。
结合试验研究,通过改变剪跨比、型钢强度等级、梁高度、型钢腹板厚度、翼缘栓钉间距等因素对新型组合梁组合截面受剪承载力进行了研究。
结果表明,新型组合梁有较好的受剪承载力,混凝土强度等级和新型组合梁高度对峰值承载力的影响不显著,但混凝土显著提高了新型组合梁的整体稳定性;而新型组合梁高度每增加50mm,其峰值剪力值约提高7%~21%;型钢腹板厚度每增大2mm,新型组合梁峰值剪力就提高10%左右,腹板对其受剪承载力影响较大。
运用叠加原理,结合腹板、翼缘内侧混凝土、翼缘栓钉和箍筋的受剪贡献,对《组合结构设计规范》(JGJ 138—2016)中组合梁截面受剪承载力计算公式进行了优化。
结果表明,修正后的计算公式具有良好精度。
【总页数】8页(P35-42)
【作者】刘源;辛力;姚怡帆;高悦
【作者单位】中国建筑西北设计研究院有限公司;长安大学建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU398
【相关文献】
1.腹板开洞钢-混凝土连续组合梁受剪性能试验研究
2.钢-混凝土组合梁混合连接件的受剪性能试验研究
3.新型部分填充工字钢组合梁受剪性能试验研究
4.腹板两侧部分填充混凝土新型预制组合梁受弯性能试验研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于规范和ABAQUS 的组合梁承载力计算摘 要:分别应用钢结构设计规范公式和有限元软件对完全抗剪连接组合梁的正弯矩区段进行塑性设计,计算其正截面抗弯承载力设计值.通过有限元软件绘出弯矩-跨中位移曲线。
对两种方法的计算结果进行对比,分析误差原因.关键字：组合梁;塑形设计；规范；有限元1 概述本文以一道例题来对比理论计算方法和有限元软件得到正截面抗弯承载力设计值，并分析造成误差的原因,例题如下：某办公楼内一完全抗剪连接组合梁，翼缘板计算宽度e b 为1630mm,板厚c h 为110mm ，混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值c f =14.3N/mm 2;钢梁为I32a ，Q235钢，截面面积A 为73.52cm 2。
应用塑性设计法计算组合梁正弯矩截面抗弯承载力设计值u M .如果翼缘板计算宽度e b 为1230mm ，板厚c h 为100mm,混凝土强度等级为C20，计算此时的截面抗弯承载力设计值u M .采用有限元软件对该组合梁进行有限元模拟，要求:（1)采用三等分加载，为保证得出纯弯段的极限承载力，可根据需要自行对剪弯段进行加强；(2）由于是完全抗剪连接,有限元软件计算中可不考虑栓钉作用；（3）通过有限元软件绘出弯矩-跨中位移曲线；（4）有限元混凝土应力—应变关系按《砼规》，钢材应力—应变关系取为理想弹塑性）；（5）有限元分析计算得到的承载力与规范公式计算结果进行对比,分析其差异原因。
2 应用钢结构规范公式对组合梁进行正截面抗弯承载力计算因题中采用的I32a 钢梁不方便计算，现改为以下截面，如图1所示,其面积s A 为73.8cm 2。
图1 组合梁钢梁截面图（1）be =1630mm ，c h =110mm ，混凝土强度等级为C30时： 材料强度设计值混凝土轴心抗压强度设计值c f =14。
3N/mm 2,Q235钢抗拉、抗压强度设计值y f =210N/mm 2。
判断塑性中和轴位置 s 738021015498001549.8y A f N kN =⨯== 163011014.325639902563.99e c c b h f N kN =⨯⨯==s y e c c A f b h f < ,因此中和轴在混凝土受压翼缘板内，如图2所示。
现浇组合梁不同间距布置的剪力键有限元分析摘要：以25m跨径的5跨连续钢板组合梁为例，利用Midas/civil采用双层单元法建立有限元模型，分析当采用先跨中后支点的现浇桥面板工艺时，间距150mm、200mm和400mm布置均匀的剪力键对组合梁受力的影响计算。
关键词：组合梁；Midas；现浇施工；剪力键1 引言钢混组合梁在我国起步晚，但发展迅速。
自1988年，我国《钢结构设计规范》（GBJ17-88）将组合梁相关条文列为单独一章，并提出有关剪力键抗剪承载力的计算式[1]。
后续组合梁的规范根据学者研究，工程实践，组合梁的设计理论和计算方法更加趋于完善，也出现不少新型组合梁结构和新型剪力键[2-3]。
目前，组合梁结构的工艺出现了部分预制部分现浇的分段浇筑混凝土桥面板。
不同的施工工艺不仅受技术与现场的要求，还会对结构体系受力有很大影响。
本文利用Midas/civil有限元软件，建立连续钢板组合梁模型，探讨在不同施工阶段时，不同间距的剪力键在均匀布置下的对结构受力的影响。
2 桥梁概况本文以某处实际工程中的一座多跨连续钢板组合梁桥（跨径组成为5×25m）为例，将全桥纵向均匀布置的栓钉剪力键按间距150mm,200mm,400mm如图1所示。
钢板梁先架设到立柱上，再采用先跨中（0.6L）后支点（0.4L）分段在底钢板上浇筑混凝土的施工工艺，其中的底钢板可作为现浇桥面板的永久模板。
图1 栓钉布置图该结构体系主要由钢主梁、钢横梁、钢混组合桥面板三部分组成。
梁横断面的标准形式如图2所示：图2 支撑横梁处横断面图3 建模方法Midas/civil中组合梁建模有联合截面法、双层单元法和混合单元法。
为使模型更加接近实际结构，本文选择双层单元法建模。
混凝土桥面板（C40）采用板单元建立，工字型钢梁（Q355c）采用梁单元建立，桥面板底钢板（Q235b）采用板单元建立。
材料特性取模型中材料库数据。
栓钉采用弹性连接中的刚性模拟。
胶合木' 噚曝8工字薄壁型钢丨100丨丨100丨胶合木\工字薄壁型钢1 800木材作为可再生的建筑材料，其环保性优于砖混结构和混凝 土结构。
轻钢结构、木结构等建筑结构形式是目前国外住宅的主 要结构形式[1_4]。
该结构体系具有结构自重轻，抗震性能好，建造 周期短等优势，能最大限度的实现标准化制作、建造、安装。
普通 木梁由于木材的材料强度低，导致其性能难以满足功能要求，将 钢一木组合在一起可以更充分的发挥两种材料的优势，目前，梁 在受弯承载性能上的优势也得到了初步验证，但关于钢一木组合 梁受剪性能的研究未见文献明确的报道，其抗剪性能尚不明确。
针对上述问题，利用有限元分析软件ANSYS 建立薄壁型 钢一胶合木组合梁的有限元模型，对比研究不同的型钢尺寸、木 材截面宽度尺寸、剪跨比A 对工字型薄壁型钢一木组合梁抗剪承 载力的影响规律。
1模型信息1.1 冷弯薄壁型钢一木组合梁冷弯薄壁型钢一木组合梁是由工字型薄壁钢与上部的矩形胶合木组合而成的增强木构件，工字型薄壁钢设置在组合梁的下 方，在冷弯薄壁型钢上翼缘叠合胶合木。
截面构造如图1所示。
表1试验模型的尺寸信息模型编号薄壁型钢规格胶合木层规格剪跨比AL i 100xlOO x6 x 5 x 5100x 501.0 〜4.0L 2100 xlOO x6 x 5 x 5150x 50 1.0-4.0L 3100 xlOO x6 x 5 x 5200x 50 1.0-4.0L4100 xlOO x 5 x 5 x 5100x 50 1.0 〜4.0L 5100 xlOO x 5 x 5 x 5150x 50 1.0-4.0l6100 xlOO x 5 x 5 x 5200x 50 1.0-4.0l f—150x 1001.0 〜4.01.3有限元模型的建立ANSYS 中的Beaml 85单元可以模拟材料破坏时的脆性性质， 所以采用Beaml 85单元模拟型钢和木。
lation;Fictitious cross2s ectionJ ournal of Cons tructional Steel Res earch,2007,63(8): 1058-1065在竖向和水平荷载作用下单层多跨钢框架初步设计分析模型Analytical Model f or t he PreliminaryDesign of a Single2S t orey Multi2BayS t eel Fra me Under Horizontal and Vertical L oadsJ1G1Ya ng a nd G1Y1Lee摘 要:有很多复杂的分析方法可预测单层多跨钢框架的几何非线性和钢构件的材料非线性影响。
然而,一些结构工程师在理解这些复杂的方法以及应用在钢结构设计上存在困难。
因此,提供了简化的分析模型,用于初步设计阶段。
采用简化的分析模型,结构工程师能够容易地预测层间位移、最大允许荷载,单层多跨钢框架支撑的刚度。
通过二维的有限元分析验证了简化模型应用的可行性。
Abstract:Many complicated analytical met hods have been prop os ed t o pre dict t he eff ects of t he geometric nonlineari2 t y of a single2st ory multi2bay s teel f rame and t he material nonlinearit y of its s teel me mbers1How e ver,s ome struct ur2 al engineers have difficult y in unders tanding t he complicate d met hods and applying t he m in designing s teel s truct ures1 Theref ore,t his s t udy has been perf orme d t o p rovide a sim2 plifie d analytical model t hat is only applicable in t he p relimi2 nary design stage1Using t he simplifie d analytical model, struct ural engineers can easily pre dict t he st orey drif t,max2 imum allowable loads,and bracing s tiff ness of a single2s t o2 rey multi2bay s teel f rame1The application f easibilit y of t he simplifie d model is verifie d by p erf orming a t w o2dimension2 al finite ele ment analysis1关键词:单层多跨钢框架;半刚性连接;双重角连接;层间位移;支撑系统K eyw ords:Single2s t orey multi2bay s teel f rame;Se mi2rigid connection;Double angle connection;St orey drif t;Bracing s ys te mJ ournal of Cons tructional Steel Res earch,2007,63(8): 1091-1101CFRP修复火灾后混凝土填充钢管的抗压和弯曲性能Comp res sive and Fle xural Behaviourof CFRP2Rep aired Concret e2FilledS t eel Tubes Af t er Exp os ure t o FireZho ng Tao,Lin2Hai Ha n a nd Ling2Ling Wa ng摘 要:对单向CFRP修复火灾后混凝土填充钢管的轴心抗压和弯曲进行试验。
试验采用圆形和方形两种试件来研究修复效果,试验结果显示CFRP加固有效提高了损伤柱的承载力。
同时,由于CFRP 的约束,柱的刚度也有提高。
然而,对于梁来讲,试验结果显示修复效果没有柱的修复效果好,从试验结果来看,对于受到火灾严重损伤的混凝土填充钢管梁或承受较大弯矩的构件,建议采用其他合适的修复方法。
Abstract:This pap er p res ents t he res ults of axial compres2 sion and bending tes ts of fire2damage d concrete2filled s teel t ubes(CFS T)repaired using unidirectional carbon fibre re2 inf orce d p olymer(CFRP)comp osites1Bot h circular and s quare specimens w ere tes ted t o inves tigat e t he repair eff ects of CFRP comp osites on t he m1The tes t res ults s how ed t hat t he CFRP jackets enhance d t he load2bearing ca2 pacit y of t he s t ub columns eff ectively1Enhance ment of t he columns’s tiff ness due t o t he CFRP jackets was als o ob2 s erved1How e ver,f or beams,t he tes t res ults de mons tra2 ted t hat t he repair eff ect was not as good w hen compare d wit h t hat f or s t ub columns1From t he tes t res ults,it is rec2 ommende d t hat ot her app rop riate repair meas ures s hould be taken in repairing s e verely fire2damaged CFS T beams,or t hos e me mbers s ubjected t o comparatively large bending moments1关键词:组合柱;组合梁;FRP;火后;残余强度;混凝土填充钢管;修复K eyw ords:Comp osite columns;Comp osite beams;FRP; Pos t2fire;Residual strengt h;Concrete2filled s teel t ubes; RepairingJ ournal of Cons tructional Steel Res earch,2007,63(8): 1116-1126全部和部分剪切连接的组合梁有限元模型Finit e Ele ment Modelling of Co mp osit e Beams wit h Full and Partial S hear Connection国际期刊导读F1D1Queiroz,P1C1G1S1Vella sco a nd D1A1Nethercot摘 要:运用商业有限元软件ANSYS,对采用部分以及全部剪切连接的组合梁进行了评估。
当简支梁受到集中荷载和不均匀分布荷载时,上述三维有限元模型能够模拟弯曲的简支梁行为,包括:荷载作用下的变形性能、在钢-混界面的纵向滑移、螺栓的剪力分布及破坏的模式。
通过与试验或者与数值分析的比较,验证了模型的可靠性。
随后采用修正的有限元模型,进行了广泛的参变量研究。
同时也详细讨论了几个数值模型中有关收敛、荷载策略、计算效率的问题。
所提模型的精确性和简洁性适合于预测或补充试验研究。
Abstract:The p res ent inves tigation f ocus es on t he e valua2 tion of f ull and partial s hear connection in comp osite beams using t he commercial finite ele ment(FE)s of t ware ANS YS1 The p rop ose d t hree2dimensional FE model is able t o simu2 late t he overall fle xural behaviour of simply s upp orted com2 p osite beams s ubjecte d t o eit her concentrated or unif ormly distributed loads1This covers:load deflection behaviour, longit udinal slip at t he steel2concrete interf ace,dis tribution of s t ud s hear f orce and failure modes1The reliabilit y of t he model is de mons trated by comparis ons wit h e xperiments and wit h alternative numerical analyses1This is f ollow ed by an e xtensive parametric st udy using t he calibrate d FE mod2 el1The pap er als o discuss es in detail s e veral numerical modelling iss ues relate d t o p otential convergence p roble ms, loading s trategies and comp uter efficiency1The accuracy and simplicit y of t he p rop os e d model make it s uitable t o pre dict and/or comple ment e xperimental inves tigations1关键词:组合梁;有限元方法;材料非线性;剪力连接;参数方析;ANS YSK eyw ords:Comp osite beams;Finite ele ment met hod;Ma2 terial nonlinearit y;S hear connection;Parametric analysis; ANS YSJ ournal of Cons tructional Steel Res earch,2007,63(4): 505-521以地面运动和阻尼特性为函数研究带有或不带粘滞型阻尼器的人字型支撑钢框架的抗震性能S eis mic Perf ormance of Che vron Brace dS t eel Fra mes wit h and Wit hout Vis cousFluid Da mp ers As a Function of GroundMotion and Da mp er Charact eris ticsMura t Dicleli,a nd Anshu Meht a摘 要:根据地面运动强度和频率特性以及粘滞型阻尼器的参数,比较了具有或没有粘滞型阻尼器的人字型支撑的钢框架的抗震性能。
