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1、考虑收缩徐变效应的钢混组合梁结构长期性能有限元分析工字钢和预应力混凝土板组合梁的形式能够最大程度地发挥两种构件的特性。其中 , 混凝土能够提供抗压、 抗火特性并提供结构工作面, 钢材可以提供抗压强度并可以减轻自重、方便快速建造。两种材料在组合结构中协同工作, 使得结构截面更小而刚度更大, 减轻了地基荷载 , 同时充分发挥材料性能 , 降低造价 , 减少模板工程量 , 另外 , 混凝土的存在为钢梁提供了抗火、抗腐蚀性能。尽管钢混组合梁有上述诸多性能优势, 钢混两种材料受力特性不同而造成结构受力分析的困难。其中 , 混凝土的时变特性是主要因素之一。混凝土的时变特性导致结构时变变形 , 当徐变、收缩
2、等变形发生时, 由于剪力键的约束 , 钢梁中将产生次生应力。这些变形导致结构内力重分布, 增加了连续梁的弯矩和跨中弯矩, 同时增大了连续梁负弯矩区弯矩。 在某些情况下 , 例如挠度敏感梁 , 使用简化的单步骤按龄期调整有效模型法或有效模量法来量化混凝土时变变形引起的内力重分布以及钢梁挠度是不精确的。诸如 ACI318 等标准中的相关条款虽经历多次修订, 但计算得到的应力分布及挠度通常明显低于实际情况。基于此, 本文提供了一种逐步计算方法来确定收缩徐变在工字钢及混凝土板中导致的内力重分布及挠度。以河北某地工字钢 - 混凝土组合梁为例 , 在 ABAQUS中编制混凝土收缩徐变子程序对结构时变特性进
3、行建模、分析 , 使用 B3徐变模型 , 在 Matlab 中编辑 CreepDesign Aid 程序 , 预测普通混凝土及纤维混凝土的长期徐变变形。使用实验室中测得 60 天徐变收缩数据标定现场桥梁混凝土板收缩徐变发展模型, 试验试件取自同龄期现场混凝土。标定模型中混凝土加载龄期为28 天, 带入 ABAQUS中混凝土收缩徐变计算子程序进行桥梁时变特性验算。该子程序通过Fortran语言编写 , 通过 ABAQUS中USDFLD,GETVRM,UEXPAN等子程序来分析结构时变特性。文中的时变分析假设混凝土板与工字钢梁完全接触。在有限元分析中, 重点分析了控制截面的应变与挠度, 并与现场测
4、得应变对比。结果显示 , 徐变和收缩效应下 , 混凝土板中应力由于卸载效应而增长, 负弯矩区拉力及跨中处工字钢底部拉力随时间增长; 负弯矩区工字钢翼缘挠度及跨中截面工字钢底部挠度随时间增大。为验证建立的有限元模型的短期预测, 有限元分析结果进而同现场采集数据进行了对比, 同时 , 采用按龄期调整有效模量法和有效模量法计算的结构长期性能也同逐步积分的有限元方法进行了对比。结果显示 , 两种方法计算的结果较为吻合, 且与试验数据较符合。 本文得到结论 : 本文使用的逐步积分法相对传统的单步积分法表现更佳, 在 ABAQUS中编制的考虑了收缩徐变效应的计算子程序能够避免大量的应力历史缓存, 故该子程序是计算钢混组合梁结构长期变形的有效工具。