基于塑性损伤模型的钢-UHPC组合梁抗弯性能分析
钢-UHPC组合梁是将钢梁与UHPC翼板通过剪力连接件连接而成的一种新型组合梁.对比于钢-普通混凝土组合梁,钢-UHPC组合梁的桥面板厚度由于UHPC的超高强力学性能而大为降低,从而显著减小了组合梁自重荷载,增强了组合梁跨越能力.由于UHPC具有较高抗拉强度和较强微裂缝自愈合能力,钢-UHPC组合梁一定程度上改善了钢-普通混凝土组合梁负弯矩区桥面板在外部荷载及效应作用下极易开裂和耐久性不足等问题,从而较大提升了组合梁安全使用性能,在确保结构良好耐久性的同时降低了后期维护成本.目前,已有文献针对钢-UHPC组合梁精细化力学模型及其数值分析开展研究较少,由于UHPC材料的复杂性,迄今尚无统一的理论模型可全面描述UHPC材料的本构关系.为建立钢-UHPC组合梁精细化数值模型,并在此基础上系统分析钢-UHPC新型组合梁抗弯性能,基于UHPC单轴拉压本构推导了UHPC损伤因子,采用ABAQUS有限元程序建立了受弯破坏实例钢-UHPC组合梁损伤力学数值模型,对比数值计算与试验梁力学性能分析了数值模型的适用性,以UHPC翼板厚度、腹板高厚比、下翼缘厚度为主要结构参数,分析了36根钢-UHPC数值模型组合梁全过程抗弯破坏的力学性能.模型验证分析表明:在破坏阶段前,数值计算荷载-位移曲线与试验曲线响应趋势吻合良好;在破坏阶段后,与试验梁的迅速破坏不同,模型梁展现出了良好的延性性能,数值计算获得了更为完整的荷载-位移破坏阶段与下降段曲线;数值计算损伤演化及损伤分布与试验结果较为吻合.总体上,所建立数值模型能够准确模拟钢-UHPC组合梁全过程破坏行为,真实揭示UHPC翼板损伤过程中应力、应变场转移及开裂、压溃演化特征.抗弯性能分析表明:单位用钢量下,与增大下翼缘厚度相比,增大腹板高厚比对组合梁抗弯承载力提高更大,而增大UHPC翼板厚度对组合梁抗弯承载力提高相对较小;增大下翼缘厚度可显著提高钢-UHPC组合梁弹性抗弯承载力与极限抗弯承载力比值,但同时会一定程度上降低组合梁延性能力.在满足延性需求的前提下,可通过变化下翼缘厚度有效调整组合梁不同弯曲受力阶段抗弯承载力分配,从而满足结构不同承载性能需求.
钢-UHPC组合梁、塑性损伤模型、极限抗弯承载力、损伤演化、延性能力
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国家自然科学基金项目;山东省交通科技计划项目
2020-10-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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