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原文传递装配式组合梁连接件抗剪特性及结构力学响应仿真研究

论文题名：	装配式组合梁连接件抗剪特性及结构力学响应仿真研究
关键词：	桥梁工程;抗剪连接件;钢-混凝土组合梁;粘结滑移
摘要：	随着国家经济的发展，对交通结构设施的要求不断提高，既需要满足交通荷载不断增长的需求，同时也要尽量减小施工周期内对交通及环境的不利影响。装配式结构不但具有节能环保的特点，可以减少施工期内在施工现场造成的污染，同时通过工厂预制化可以保证施工质量，满足交通荷载的需求，因此装配式结构得到了广泛的应用。装配式组合梁是桥梁工程中的新型结构，具有较好的力学特性，并且施工便捷，经济性突出，与我国可持续化发展的理念十分契合。　　钢-混凝土组合梁是装配式组合梁的主要结构形式，当施加外部荷载时，上部混凝土梁主要承受压力，而下部钢梁主要承受拉力，这很巧妙地发挥了材料的力学特性。混凝土梁与钢梁之间是通过剪力连接件起到传荷与连接的作用，常用的连接件形式为螺栓连接。但在实际工程中发现，螺栓连接的组合梁在使用过程中常见破坏点在连接件附近，因此有必要对钢-混凝土组合梁螺栓连接件的抗剪性能进行研究。此外，抗剪连接件作为装配式组合梁的一部分，单独分析连接件是不全面的。并且钢梁与混凝土梁在使用过程中往往也会产生开裂以及屈服，因此对组合梁的整体及局部构件在荷载作用下的力学响应也至关重要。在组合梁桥的实际服役过程中，抗剪连接件作为薄弱环节，往往不仅是因为锚固点开裂等原因导致局部破坏，还会发生局部粘结失效从而导致栓钉与混凝土相对滑移。基于上述考虑，本文对混凝土与栓钉连接件的粘结滑移特征进行研究。　　本文在考虑材料非线性本构以及接触非线性的基础上，通过大型商用有限元分析计算软件ABAQUS对上述问题进行研究。首先通过分析静载状态以及动载状态下的抗剪连接件的力学响应特征；随后结合栓钉强度、混凝土强度以及钢梁-混凝土块之间的摩擦系数等影响因素，对抗剪连接件的破坏形态、抗震性能以及延性等进行了研究；此外，通过多种外部荷载形式，对基于剪力连接件构成的钢-混凝土组合梁进行了整体及局部构件的荷载及变形分析，同时对重复荷载下组合梁的刚度、耗能以及延性演化趋势进行了研究；最后，基于粘结滑移理论，对栓钉-混凝土的粘结界面进行了损伤分析。　　基于上述研究，本文得到了以下结论：静态荷载作用下，螺栓连接组合梁的混凝土块损伤区域明显小于栓钉连接方式；随着混凝土强度等级的增加，相同抗压损伤度条件下的混凝土块损伤区域逐渐减小，损伤区域集中在螺栓或栓钉连接区域。随着钢梁和混凝土块之间的摩擦系数的增加，混凝土块的损伤区域逐渐增大。栓钉连接模式的破坏区略高于螺栓连接模式。并且随着摩擦系数的增加，抗剪连接件的Mises应力逐渐减小。随着重复荷载作用时间的增加，钢-混凝土组合梁的刚度不断退化，整体破坏耗能不断上升。栓钉-混凝土界面粘结损伤主要呈现三个阶段，分别为弹性阶段、弹塑性阶段以及弹塑性剥离阶段，并且荷载形式的变化会导致结构变形的不同，进而会影响栓钉-混凝土界面的粘结情况。
作者：	ALJUAID NAIF SAUD B
专业：	道路与铁道工程
导师：	谭国金
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023