基于ANSYS的钢—混凝土组合桥面板非线性行为分析

摘要：文章采用ANSYS软件建立钢-混凝土组合桥面板的三维有限元模型，对材料及连接界面的本构关系、破坏准则、网格划分等关键影响因素进行了分析；基于对栓钉和开孔钢板作用机理的研究，探讨了采用非线性弹簧单元和接触单元两种不同形式模拟界面力学性能的方法；通过有限元模型与实际模型的试验结果的比较，验证了分析方法的正确性，可用于研究钢-混凝土组合桥面板的粘结滑移、竖向掀起和极限承载力等力学性能。

关键词：ANSYS软件；钢-混凝土组合桥面板；有限元方法；非线性分析；滑移；掀起 文献标识码：A

中图分类号：U441 文章编号：1009-2374（2015）05-0105-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0384

钢-混凝土组合桥面板是由钢底板和上层混凝土板通过栓钉或开孔钢板等形式的剪力连接件结合而成的新型桥面板，不仅具有较高的承载能力，而且自重较小、经济性好，适用于现代大跨度桥梁的设计。由于材料非线性、界面非线性和几何非线性等因素的共同影响，对这种新型组合桥面板力学性能的研究仍存在诸多问题。模型试验是目前最常用的研究方法，但会耗费大量的时间、人力及物力，而且试验过程中的不确定因素会影响部分试验数据的可靠性，为处理数据和总结规律带来困难。有限元方法是一种实用有效的研究方法，且与实际试验结果吻合较好，但很少考虑掀起效应的影响。

基于以上讨论，本文采用有限元软件ANSYS对某钢-混凝土组合桥面板模型试验进行全过程分析，考虑了滑移和掀起效应，探讨了适用于栓钉和开孔钢板的有限元模拟方法。本文可为钢-混凝土组合桥面数值分析提供参考，为组合结构的机理研究和参数分析提供帮助。

工字型钢梁采用SHELL63单元分别模拟上下翼缘板及腹板，混凝土板采用SOLID65六面体单元模拟，并考虑混凝土开裂的影响。

1.2 组合界面模拟

组合结构连接界面的约束方式主要有材料间的初始粘聚力、摩擦力及剪力键的机械连接三种。因此，本文将接触单元CONTA173、TARGE170布置于整个连接界面，通过实常数COHE和μ分别模拟初始粘聚力和摩擦力，同时在剪力键处添加非线性弹簧单元COMBIN39，模拟剪力键的作用。用该方法模拟组合界面，可以考虑界面间的滑移和掀起对组合桥面板力学性能的影响。

1.3 边界条件及建模过程

为消除边界约束及加载条件对试验结果的影响，模型工字钢梁向两侧分别延伸了1.11m，并在端部采用固接约束。建立钢垫块作为加载块，逐级加载至模型破坏。本文先建立几何模型，然后划分网格形成有限元模型。

3 结语

采用本文方法对组合桥面板受力性能进行研究，并与测试数据对比，得出结论如下：（1）通过关键参数的合理取值，采用有限元方法的分析结果与试验结果吻合较好，能够用于组合桥面板力学性能研究；（2）采用接触单元和弹簧单元模拟组合结构界面行为是一种可行的分析方法，但有限元分析的界面掀起曲线平滑程度较差，有待改进；（3）组合结构界面行为复杂，有限元分析结果受弹簧单元和接触单元的参数影响较大，如何确定合理的参数有待进一步研究。

参考文献

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作者简介：王潇碧（1988-），女，内蒙古人，四川大学锦城学院助教，研究方向：钢-混凝土组合结构、桥梁损伤识别；宋瑞年（1987-），男，山东人，西南交通大学土木工程学院在读博士，研究方向：钢-混凝土组合结构。

（责任编辑：陈 倩）