钢-砼连续组合梁非线性分析及截面优化设计

摘要

钢-砼组合梁是一种将钢和砼巧妙合理地组合为一体的新型结构,它兼有钢结构和砼结构的长处，又恰到好处地摒弃了二者的短处，具有鲜明的综合效益。现今我国对钢-砼组合梁的研究已取得长足进展，但对于考虑界面滑移性时组合梁变形及承载力的研究仍然不够全面、有待完善。所以开展考虑滑移效应时组合梁非线性性能的研究具有深远意义。
　　钢-砼组合梁以其经济合理的结构形式已广泛应用于我国城市建设和桥梁加固领域中，因此合理选择组合梁截面尺寸以降低组合梁造价是重要和迫切的。
　　鉴于上述内容，本文做了以下工作：
　　⑴考虑组合梁各部分的材料特性及钢梁与砼板交界面的滑移性,运用 ANSYS12.0模拟建立了适合于钢-砼连续组合梁非线性分析的参数化有限元模型。
　　⑵分析了钢-砼连续组合梁界面滑移及挠度沿梁长的分布特点及荷载-滑移曲线、荷载-挠度曲线和截面应变曲线的分布特点，并在此基础上研究了剪力连接度、砼强度、钢梁强度等对组合梁非线性性能的影响规律。研究结果表明，剪力连接度对组合梁非线性性能影响较大，不同剪力连接度组合梁弹性阶段的刚度相差不大，塑性阶段刚度相差相对较大，说明实际工程中可以采用部分抗剪连接组合梁；砼强度对组合梁非线性性能只有小幅度的影响；钢梁强度对组合梁非线性性能的影响几乎可以忽略。
　　⑶钢-砼组合梁截面优化分析。首先分析了不同的钢梁腹板高、钢梁腹板厚、钢梁翼缘板厚、及砼板厚下组合梁应力及挠度的变化规律，然后以这4个参数为设计变量，以组合梁最大挠度、钢梁最大拉应力、砼板最大压应力为状态变量，以组合梁的造价为目标函数，基于ANSYS参数化设计语言APDL，选用零阶优化算法，编写结构分析文件和优化控制文件，对钢-砼组合梁截面进行优化分析。经过优化，组合梁造价由初始设计的817.24元降为505元，仅为初始设计的61.79％，节省了312.24元，优化效果明显，显著降低了工程造价。
　　本文的研究成果可以进一步完善组合梁设计理论，有利于钢-砼连续组合梁的推广与应用。

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1绪论

1.1钢-砼组合梁概述

1.2钢-砼组合梁的发展及研究

1.3 问题的提出及本文研究内容

2钢-砼组合梁分析及计算理论

2.1组合梁弹性分析方法

2.2组合梁抗剪连接件设计

2.3钢-砼连续组合梁挠度计算

3钢-砼组合梁有限元模型

3.1有限元分析方法简介

3.2单元类型及相应特性

3.3 连续组合梁有限元模型

3.4 Ansys非线性求解

3.5 模型求解结果

3.6组合梁挠度检算

3.7本章小结

4钢-砼组合梁非线性分析

4.1组合梁模型数值分析

4.2 组合梁裂缝分析

4.3 组合梁非线性影响因素

4.4 本章小结

5钢-砼组合梁截面优化设计

5.1组合梁截面尺寸分析

5.2优化设计

5.3本章小结

6结论及展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录A 组合梁截面优化设计命令流

攻读学位期间的研究成果