考虑粘结滑移的型钢混凝土非线性有限元分析

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型钢混凝土结构(SRC)是钢筋混凝土(RC)中配置型钢(S)的一种组合结构.型钢混凝土结构不仅具有承载力高、刚度大、抗震性能好、延性好、防火性能高的优点,而且可以有效的减小构件的截面尺寸,增大使用空间,减小结构自重,增加房屋高度和增大跨度,提高单位面积的承载力和经济效益。本文对型钢混凝土组合结构在国内外的发展、应用情况作了概括,详细总结了型钢与混凝土粘结性能和粘结—滑移本构关系的研究现状、研究成果和存在的问题。本文采用线性回归方法对文献[1]所做的16个型钢混凝土轴拉试验从加载端开始出现滑移至荷载达到极限值这一区间的平均粘结应力与加载端滑移的本构关系τ- sl曲线进行了数学描述,得出此阶段的τ- s_l本构曲线。依此为粘结-滑移本构关系,建立了分离式非线性型钢混凝土结构的有限元力学模型,并对型钢混凝土在轴心受力作用下的力学行为进行了分析计算,得到了型钢混凝土构件应力、应变和粘结滑移的分布规律。分析了改变混凝土强度、混凝土保护层厚度、配箍率、锚固长度的大小对构件的承载力和粘结强度的影响。计算结果表明(:1)采用非线性弹簧单元Combination39模拟型钢混凝土粘结滑移性能,计算结果和试验结果吻合较好,说明该单元可用于粘结滑移的模拟。(2)通过对试验构件的有限元分析得出在使用荷载作用下,型钢混凝土粘结应力在不同的锚固深度处的分布是不相同的,而是呈指数分布,随着荷载的逐步增加,型钢混凝土粘结应力逐渐增大。混凝土强度及其保护层厚度、型钢锚固长度、以及配箍率对型钢混凝土粘结强度都有影响,而且影响的方式和大小都不一样需要分别考虑。本文所得结论对了解型钢混凝土受力性能和指导构件设计提供理论依据。
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