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带槽钢连接件橡胶集料混凝土与钢组合梁疲劳性能研究

作　者: 叶友君
导　师: 韩庆华
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 组合梁橡胶集料混凝土槽钢连接件疲劳寿命数值模拟
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

钢-混凝土组合梁是由钢梁、钢筋混凝土板和抗剪连接件组成的，是一种经济合理的承重构件。橡胶集料混凝土是一种新型混凝土，具有变形性能优越，抗裂性强，有明显的能量吸收功能，耐磨性好，韧性高，振动噪声小等优点。将这两者结合起来的橡胶集料混凝土与钢组合梁的疲劳性能需要进一步的研究。到目前，国内外对组合梁及其剪力连接件的疲劳性能研究工作主要集中在试验层面，还缺乏系统的理论分析及数值模拟。本文利用ANSYS对带槽钢连接件的橡胶混凝土组合梁进行了数值模拟，对使用四种不同橡胶掺量混凝土（分别为普通混凝土，掺量分别是5%、10%、15%的橡胶集料混凝土）的组合梁进行了非线性分析以及疲劳性能方面的分析，并研究了疲劳荷载下限、混凝土板配筋率以及槽钢强度等因素对组合梁疲劳寿命的影响。研究表明，5%和10%橡胶掺量的橡胶混凝土组合梁的极限承载力和疲劳寿命与普通混凝土组合梁相比略低，这可能是由于文中使用的橡胶混凝土数据是橡胶集料代替了部分骨料所造成的。而橡胶混凝土组合梁相比于普通混凝土组合梁，延性得到了提升，吸收能量的能力增强。另外，本文还发现槽钢强度对组合梁疲劳寿命影响较大，疲劳荷载下限和混凝土板配筋率对组合梁寿命有一定的影响。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-8
第一章绪论  8-18
  1.1 组合梁的特点  8-13
    1.1.1 组合梁简介  8-9
    1.1.2 组合梁剪力连接件简介  9-10
    1.1.3 组合梁结构的特点  10-11
    1.1.4 组合梁在我国的应用  11-12
    1.1.5 组合梁疲劳问题的研究概况  12-13
  1.2 橡胶集料混凝土的特点  13-15
    1.2.1 橡胶集料混凝土简介  13
    1.2.2 橡胶集料混凝土研究概况  13-15
    1.2.3 橡胶集料混凝土的研究意义  15
  1.3 课题的研究意义  15-16
  1.4 组合梁疲劳性能研究现存问题  16-17
  1.5 本课题的研究内容  17-18
第二章钢-混凝土组合梁性能理论分析  18-26
  2.1 组合梁基本分析方法  18
  2.2 槽钢连接件抗剪承载力计算  18-19
  2.3 常幅疲劳荷载下的组合梁变形计算  19-22
    2.3.1 钢及连接件的疲劳变形模量和疲劳强度  20-21
    2.3.2 混凝土的疲劳变形模量及疲劳强度  21
    2.3.3 组合梁疲劳残余挠度变形系数  21-22
    2.3.4 承受动荷载的组合梁挠度计算  22
  2.4 常幅疲劳荷载作用下组合梁疲劳寿命计算  22-26
    2.4.1 组合梁疲劳寿命计算模型  22-24
    2.4.2 各国规范对组合梁疲劳问题的有关规定  24-26
第三章钢-混凝土组合梁非线性有限元分析  26-42
  3.1 有限元法概述  26-29
    3.1.1 有限元法简介  26-27
    3.1.2 有限元软件 ANSYS 简介  27
    3.1.3 ANSYS 非线性结构分析  27-29
  3.2 建立有限元模型  29-36
    3.2.1 单元类型的选取  29-31
    3.2.2 钢材的本构关系  31
    3.2.3 混凝土本构关系和破坏准则  31-32
    3.2.4 混凝土受拉开裂的问题  32
    3.2.5 混凝土与钢筋的组合  32-33
    3.2.6 混凝土与槽钢剪力连接件的组合  33
    3.2.7 加载方式  33-34
    3.2.8 收敛问题  34
    3.2.9 计算模型的建立  34-36
  3.3 有限元计算结果  36-40
    3.3.1 混凝土裂缝情况及槽钢受力状态  36-38
    3.3.2 构件的极限承载力  38-39
    3.3.3 有限元分析所得应力云图  39-40
  3.4 本章小结  40-42
第四章橡胶集料混凝土与钢组合梁的疲劳性能分析  42-57
  4.1 疲劳的基本概念  42-46
    4.1.1 疲劳定义  42
    4.1.2 疲劳涉及的一些基本概念  42-45
    4.1.3 ANSYS 中 Fatigue 模块简介  45-46
  4.2 组合梁疲劳性能分析  46-56
    4.2.1 组合梁疲劳寿命计算过程  46-50
    4.2.2 组合梁疲劳寿命计算结果  50-56
      4.2.2.1 橡胶掺量对组合梁寿命的影响  50-51
      4.2.2.2 疲劳荷载下限对组合梁疲劳寿命的影响  51-52
      4.2.2.3 纵向配筋率对组合梁疲劳寿命的影响  52-54
      4.2.2.4 横向配筋率对组合梁疲劳寿命的影响  54-55
      4.2.2.5 槽钢强度对组合梁疲劳寿命的影响  55-56
  4.3 本章小结  56-57
第五章结论和展望  57-59
  5.1 结论  57-58
  5.2 展望  58-59
参考文献  59-62
发表论文和参加科研情况说明  62-63
致谢  63

带槽钢连接件橡胶集料混凝土与钢组合梁疲劳性能研究

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