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1、用横向钢板增强的PBL刚性剪力键力学性能分析建筑与工程ChinascienceandTechno】ogyReview用横向钢板增强的PBL刚性剪力键力学性能分析章征宇?(1.贵州省公路局周志祥22.重庆交通大学)●I【摘要]为提高钢一砼组合结构的界面抗剪能力,将型钢剪力连接件与PBL剪力连接件的构造特点相结合,提出了在开孔钢板间用横向钢板增强的新型PBL刚性剪力键.通过精细化有限元分析,对该刚性剪力键细部受力变形及应力规律进行分析,得到了各部分在界面剪力作用下的力学行为及破坏模式.并根据分析结果,得到了该刚性剪力键的典型荷载一滑移曲线.[关键词]钢一
2、砼组合结构剪力连接件PBL有限元力学行为中图分类号:TU398文献标识码:A文章编号:1009—914X(2010)30—0453—03剪力连接件是保证组合结构中两种不同材料共同工作最为关键的受力构件之一,使弹性模量有很大差别的钢结构和混凝土结构构成一个整体而共同工作.剪力连接键起到了抵抗钢和混凝土界面处的水平剪力,防止两者之间的水平相互滑移的作用:同时还能抵抗混凝土构件与钢构件之间的掀起?.按组合钢梁和混凝土组合作用的强与弱,可将剪力连接件分为柔性连接件和刚性连接件.前者在极限状态时既限制钢梁与混凝土板之间的相对滑移,又允许有一定的相对滑移值:而后
3、者完全不允许有相对滑移.剪力连接键的形式很多,最早的组合结构是用铆钉,焊接角钢或者突出的螺杆等机械连接件来承受水平剪力,以使钢和混凝土这两种弹性模量有很大差别的材料共同工作.经过不问断的研究和实践,各国学者在明确了剪力连接件的传力机理,作用和功能后,开发出了许多简单,经济,可靠的剪力连接件形式,常用的剪力连接件有栓钉连接件l3,高强螺栓连接件,型钢连接件,钢筋连接件[4和PBL剪力连接件J.1用横向啊板增曩的PBL刚性剪力键本文在现有PBL剪力键构造的基础上,结合现有型钢刚性剪力键的构造特点,在PBL开孔钢板间增加横向钢板,以增加钢梁与混凝士间的抗剪
4、能力其构造如图1.根据受力及构造要求,开孔钢板间可以设置贯穿钢筋.YZ×图1刚性剪力键三维图Fig.13Ddrawingofrigidityshearconnector本文将通过有限元精细分析,对该刚性剪力键的力学性能进行分析,分析的内容包括:变形,应力及界面荷载一滑移曲线等.2加横向喇板PBL有隈元模型t立2.1材料本构关系(1)混凝土本构关系Hognestad建议的应力一应变关系式是目前国内外采用最为广泛的曲线m(如图2),其上升段为抛物线变化,下降段为直线变化.该关系式的特点是形式简单,表达简洁,又抓住了主要特征,因而得到广泛的应用.图2Hog
5、nestad混凝土应力一应变曲线Fig.2Curveofhognestado—e上升段:盯=[2专一c]≤…:=[1_o.嚣)]式中,原点切线模量E.=2E:应力峰值o0=0.85,为圆柱体抗压强度:应变峰值￡=O.002:极限应变8=0.0038.(2)钢材本构关系采用应用非常广泛的Huber—yonMises强度理论.等效单轴应力应变关系采用双线性随动强化模型(BKIN),如图3所示,屈服后的应力应变关系简化为平缓的斜直线,其优点是应力一应变关系唯一,有利于保证收敛.强化段根据Y.Higashibata的建议取为E'=O.O1Es,Es为钢筋屈服
6、前的弹性模量.图4刚性剪力键几何模型Fig.4Geometricmodelofrigidityshearconnector为了能重点研究刚性剪力键中带孔钢板上孔周围的力学特性,本模型在带孔钢板圆孔区域细化网格,如图5所示.图5刚性剪力键有限元模型网格划分Fig.5Meshgenerationofrigidityshearconnector科技博览l453建筑与工程I■ChinascienceandTechnologyReview2.3模型自由度耦合及边界条件的施加由于在建模时钢梁和剪力键采用了壳单元且考虑了它们之间的实际位置,故为了模拟它们之间的刚性
7、连接,将它们之间的节点耦合全部自由度.本文建立的有限元模型主要是模拟刚性剪力键的相关力学特性,而连接件在实际应用中主要是承受钢梁和混凝土板之间的剪力作用,所以在本文有限元模型中将加载钢梁和混凝土实体相接触的节点通过耦合ux以及uz方向的自由度本文有限元模型在钢梁顶部加载区域约束了ux,UY,ROTX,ROTY及ROTZ的自由度以模拟真实加载过程.同时将混凝土底部的节点自由度全部约束以模拟固定约束.3有限元结果分析3.1变形结果分析刚性剪力键模型的x向变形云图见图6.a.由图可知:在破坏荷载作用下模型x方向最大变形值为0.292mm.Y向(加载方向)变
8、形云图见图6.b,由图可知:在加载至极限荷载时,Y向最大变形值出现在加载钢板的加载区域,为0.424咖.Z向
