鋼-活性粉末混凝土簡(jiǎn)支組合梁正截面破壞模式

1、第6卷第1期2009年2月鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)JOURNALOFRAILWAYSCIENCEENGINEERINGVo16FebN120o9鋼一活性粉末混凝土簡(jiǎn)支組合梁正截面破壞模式張彥玲，王元清，季文玉。(1北京交通大學(xué)土建學(xué)院，北京100044；2清華大學(xué)土木水利學(xué)院，北京100084)摘要：針對(duì)鋼一普通混凝土組合梁由于混凝土材料缺陷所導(dǎo)致的一些局限性，將RPC引入到組合梁領(lǐng)域，形成鋼一活性粉末混凝土組合梁。采用對(duì)比分析，采用ANSY

2、S軟件對(duì)鋼一普通混凝土簡(jiǎn)支組合梁進(jìn)行分析，將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)有限元模型進(jìn)行驗(yàn)證，然后在其他參數(shù)不變的條件下，將混凝土板更換為RPC板，用ANSYS對(duì)鋼一RPC組合梁進(jìn)行全過(guò)程非線性分析，并對(duì)RPC板厚、鋼梁屈服強(qiáng)度和鋼梁截面尺寸進(jìn)行參數(shù)分析。定義了正彎矩作用下鋼一RPC組合梁正截面破壞的彈性模式和塑性模式，研究了不同參數(shù)下2種計(jì)算模式的差別，認(rèn)為正彎矩作用下鋼一RPC組合梁的正截面抗彎承載力仍然可以按照簡(jiǎn)單塑性理論進(jìn)行計(jì)算

3、。關(guān)鍵詞：組合梁；活性粉末混凝土；非線性；有限元分析中圖分類(lèi)號(hào)：TU52831文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672—7029(2009)0l一0010—06Normalsectionfailuremodeofsimple——supportedsteel——reactivepowderconcretecompositebeamsZHANGYan1ing，WANGYuanqing，jIWenyu(1SchoolofCivil＆Architect

4、ureEngineering，BeijingJiaotongUniversity，Beijing100044，China；2SchoolofCivilEngineering，TsinghHaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Reactivepowderconcrete(RPC)wasintroducedintothefieldofcompositebeamsfromtheaspectofen

5、hancingmaterialbehavior，formingthesteel—RPCcompositebeams(RPCCB)Followingthewaysofcom—parativeanalysis，theanalysesofsteel—normalconcretecompositebeams(NCCB)throughANSYSwerecarriedout，andtheresultswerecomparedwiththetestr

6、esultsTheconcreteslabwasreplacedtPCslabwithotherparametersthatarenotchanged，andthenon—linearanalysesofRPCCBwereconductedInaddition，paramet—ricanalysisofthethicknessofRPCslab，yieldstrengthandsectionaldimensionofsteelbeams

7、werealsoana—lyzedTheelasticandplasticfailuremodesweredefinedfortheRPCCB，andthedifferencebetweenthetwomodeswerestudiedTheresultsshowthatthebearingcapacityoftheRPCCBishigherthanthatofNCCBsobvi—ously，andthesimpleplastictheo

8、rycanstillbeusedfRPCCBKeywords：compositebeam；reactivepowderconcrete(RPC)；non—linear；finiteelementanalysis鋼一普通混凝土(指翼板為C50及以下混凝土)組合梁(以下簡(jiǎn)稱(chēng)普通組合梁)具有密度低、經(jīng)濟(jì)性能好、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，在建筑與橋梁工程中已得到越來(lái)越多的應(yīng)用，但由于混凝土材料本身存在的抗拉強(qiáng)度低、容易開(kāi)裂、不良環(huán)境下容易劣化等缺陷，使鋼

9、一普通混凝土組合梁的發(fā)展也受到了一些限制。在此，為了提高材料特性，本文作者將活性粉末混凝土(Reactivepowderconcrete，簡(jiǎn)稱(chēng)RPC)引入到組合梁領(lǐng)域，使之與鋼梁相結(jié)合，形成鋼一RPC組合梁(以下簡(jiǎn)稱(chēng)RPC組合梁)。RPC的抗壓強(qiáng)度可達(dá)200MPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá)50MPa，彈性模量達(dá)50收稿日期：2008～08—20基金項(xiàng)目：鐵道部科技開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2007G030)作者簡(jiǎn)介：張彥玲(1973一)，女，河北吳橋人，博士研

10、究生，副教授，從事橋梁結(jié)構(gòu)及組合結(jié)構(gòu)理論研究12鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)2009年1月其中：=棚；曲為RPC的峰值應(yīng)變，取為0003；，，=。為其抗壓強(qiáng)度，取120MPa。仍采用ANSYS軟件及上述有限元模型對(duì)E1一RPC及SCBB1一RPC模型梁進(jìn)行全過(guò)程非線性分析，得到的跨中荷載一撓度曲線與原普通混凝土組合梁的結(jié)果比較分別見(jiàn)圖3和圖4。600Z枷柱2000O1020304050607080跨中撓度／ram圖3E1梁與E1一RPC梁計(jì)算結(jié)果

11、的比較Fig3ComparisonofcalculatingresultsbetweenbeamE1andEl—RPC1208Z鏨。一400l0203O4O5O6O7080跨中撓度／ram圖4SCBB1梁與SCBBI—RPC梁計(jì)算結(jié)果的比較Fig4ComparisonofcalculatingresuhsbetweenbeamSCCBB1andSCBB1一RPC由圖3和圖4可以看出，當(dāng)其他參數(shù)都相同時(shí)，RPC組合梁的極限承載力都明顯比普

12、通組合梁的高，同時(shí)，由于RPC彈性模量較高，提高了截面的抗彎剛度，使相同荷載下的撓度減小。2正彎矩作用下鋼一RPC組合梁基本受力性能下面以RPC板厚、鋼梁強(qiáng)度等級(jí)、鋼梁截面尺寸為參數(shù)對(duì)RPC組合梁的基本受力性能進(jìn)行分析。21板厚對(duì)RPC組合梁受力性能的影響＼保持SCBB1一RPC組合梁的鋼梁參數(shù)不變，變化RPC板厚，取板厚分別為120，96和80mm，由ANSYS軟件計(jì)算得到的跨中截面的板厚為120mm的SCBB1普通混凝土組合梁荷載一

13、撓度曲線見(jiàn)圖5。圖中各參數(shù)下組合梁的編號(hào)為梁號(hào)一翼板材料一板厚(Inn)一鋼梁屈服強(qiáng)度(MPa)一鋼梁翼板寬度(ram)。由圖5可知，厚度為96ITIm的SCBB1一RPC組合梁的荷載一撓度曲線在線彈性階段與厚度為120mm的SCBB1普通組合梁的荷載一撓度曲線基本重合，說(shuō)明將板厚減薄20％后SCBB1一RPC組合梁的剛度和SCBB1普通組合梁的剛度相當(dāng)，而后期的極限承載力仍比板厚為120mIn的普通組合梁的極限承載力提高很多。通過(guò)對(duì)E

14、1一RPC組合梁的分析，發(fā)現(xiàn)厚度為130mm的E1一RPC組合梁的荷載一撓度曲線與厚度為152mm的E1普通組合梁基本重合，板厚減薄約15％。這表明，在保證受力性能基本相同的情況下，RPC組合梁可以比相應(yīng)的普通組合梁采用更薄的翼板。板厚減薄意味著組合梁的自重減小，相同承載能力下的截面高度減小，或在相同截面時(shí)可以跨越更大的跨度。若RPC板采用肋式結(jié)構(gòu)，則上述優(yōu)勢(shì)會(huì)更加突出。08Z06鋪稼0402Ol020304O50607080撓度／ra

15、m圖5板厚對(duì)SCBB1一RPC梁受力性能的影響Fig5InfluenceofslabthicknessonbehaviorofSCBBI—RPC22鋼梁強(qiáng)度等級(jí)對(duì)組合梁受力性能的影響針對(duì)板厚為80mm的SCBB1一RPC組合梁，其他參數(shù)不變，分別取鋼梁屈服強(qiáng)度為250，345，390，420和460MPa，得到的荷載撓度曲線見(jiàn)圖6。12Z善08挺04：尊簍：3_‘1~SCBB1RP—C—8—0—2—5—22——SCBB1一RPC一80—