基于abaqus的混凝土受拉狀態(tài)下栓釘性能研究

基于abaqus的混凝土受拉狀態(tài)下栓釘性能研究

1組合梁中栓釘連接件性能的試驗研究連接點是實現(xiàn)鋼-混凝土組合梁的聯(lián)合工作，傳遞了連接和提升的重要因素。而承載力和剛度是栓釘連接件的重要指標。栓釘連接件的性能一般是通過推出試驗或梁式試驗結果得到的。文獻通過分析比較認為:推出試驗的結果是梁式試驗的下限,組合梁中栓釘連接件的性能可以用推出試驗結果來表述。各國規(guī)范均以推出試驗結果作為確定栓釘承載力的依據(jù)。目前,國內外對栓釘承載力和剛度的研究主要集中在混凝土受壓區(qū),對于混凝土受拉狀態(tài)下的研究較少。我國鋼結構設計規(guī)范給出組合梁負彎矩區(qū)栓釘連接件承載力為正彎矩區(qū)的0.9倍,原因是負彎矩區(qū)混凝土受拉開裂,對栓釘?shù)募s束程度降低,導致栓釘承載力折減。文獻通過5組18個試件的反向推出試驗也得到類似的結論。對栓釘連接件剛度的研究,大部分學者認為比混凝土受壓狀態(tài)下略低,但均沒有給出定量的說明。本文利用大型有限元分析軟件ABAQUS6.5,在同時考慮栓釘直徑、混凝土強度和配筋率的基礎上,對12個試件進行了反向推出模擬,以比較各因素對栓釘連接件承載力和剛度的影響。2反向推出試驗的有限元模型為了比較栓釘直徑、混凝土強度和配筋率對栓釘承載力和剪切剛度的影響,建立如圖1所示的有限元模型來模擬反向推出試驗。試驗中將試件分為A,B,C,D四組,共11個,見表1所示。2.1混凝土非線性行為本文分析中,混凝土材料采用ABAQUS自帶的損傷塑性模型(Concretedamagedplasticity),該模型使用各向同性損傷彈性結合各向同性拉伸和壓縮塑性的模式來表示混凝土的非線性行為。是一種基于連續(xù)介質的損傷模型。2.1.1-應變曲線上升段二次織入口,二次織入本文采用Hognestad建議的模型,其應力-應變曲線的上升段為二次拋物線,下降段為一斜直線,表達式為:式中:ε0為峰值應變;εu為混凝土極限壓應變,一般取εu=0.0038mm。2.1.2混凝土受拉式在反向推出試驗中,混凝土應力分量以受拉為主。本文采用清華大學過鎮(zhèn)海等提出的混凝土受拉表達式:式中:αt=0.312f;εt表示峰值拉應變;f表示混凝土單軸抗拉強度。2.2應力-應變本構模型在理論分析中為簡化起見,常將鋼材的應力-應變曲線理想化,對于不同性能、不同用途的鋼材選用合適的應力-應變曲線,常用的有:雙直線模型、三折線模型、雙斜線模型及雙斜線加曲線模型。根據(jù)文獻研究表明,在推出試驗中,模型破壞時,混凝土達到極限強度,而鋼材均處于彈性受力階段。故鋼材采用雙直線模型,即理想彈塑性模型。取彈性模量Es=206000MPa,泊松比ν=0.3。2.3損傷指標的描述當混凝土材料進入塑性狀態(tài)后,其剛度降低,ABAQUS中用受拉損傷指標dt和受壓損傷指標dc來描述。dt和dc由混凝土進入塑性狀態(tài)的程度來決定,其值由混凝土本身的性質以及混凝土發(fā)生損傷后的應力水平確定。2.4eccad風速鋼與混凝土板之間的相互作用,應用Surface-to-surfacecontact接觸,接觸屬性中采用摩擦接觸中的罰函數(shù)(penalty)公式。型鋼與栓釘及栓釘與混凝土之間均應用了束縛(tie)約束。沒有考慮焊接因素的影響,同時忽略了混凝土板與鋼梁交接面之間的摩擦。2.5基于一維應變理論的桿單元ABAQUS中,對于混凝土中鋼筋有兩種模擬方法:其一是在混凝土中定義REBAR,REBAR本身不是單元,其作用相當于基于一維應變理論的桿單元;其二是在主體單元中定義嵌入單元(EMBEDDEDELEMENT),它可以在模型中的某一“主體“單元定義單個的或成組的嵌入單元,也可以模擬混凝土中的加強筋。因此本文采用第二種模型中的桁架單元T3D2。另外,本文選用實體單元中縮減積分的三維八節(jié)點C3D8R,作為H型鋼梁、混凝土板以及栓釘?shù)膯卧愋汀?混凝土強度對栓釘連接件承載力的影響利用有限元分析軟件ABAQUS,考慮混凝土強度、栓釘直徑及配筋率的影響下,經有限元分析得出反向推出試驗模型變形后切面和栓釘變形如圖2所示,典型的栓釘連接件荷載-滑移關系曲線如圖3所示。有限元分析表明,在混凝土強度小于C50時,反向推出試驗模型的破壞形式均為混凝土壓壞,栓釘連接件沒有達到屈服強度,從而證實了鋼材采用理想彈塑模型的正確性。在配筋率不變的情況下,栓釘直徑和混凝土強度對栓釘連接件承載力的影響較大,如圖4和圖5所示,隨著栓釘直徑和混凝土強度的增大,栓釘承載力近似線性增加。如圖6所示,當栓釘直徑和混凝土強度不變時,配筋率對栓釘連接件承載力也有影響,但相對較小。由表1可得,本次模擬結果比按現(xiàn)行規(guī)范計算值偏大,與文獻和現(xiàn)行規(guī)范吻合較好。同時,由于目前僅有對表1中4組11個試件的模擬,對比試驗較少,無法進行回歸分析,在使用時應慎重。4栓釘連接件剪切剛度的影響(1)混凝土強度和栓釘直徑對混凝土受拉區(qū)栓釘抗剪承載力影響較為顯著,而配筋率對其影響較小。(2)隨著混凝土強度、栓釘直徑及配筋率的提高,栓釘連接件