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摘要

摘要

装配式组合梁连接件抗剪特性及结构力学响应仿真研究

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

吉林大学硕士学位论文

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。

关键词：

桥梁工程，抗剪连接件，装配式，钢-混凝土组合梁，粘结滑移

II

Abstract

ABSTRACT

Simulationstudyonanti-shearperformanceandstructuralmechanical

responseofassembledcompositebeam

Withthedevelopmentofnationaleconomy,therequirementsfortrafficstructurefacilities

areincreasing,whichneedtomeettheincreasingdemandoftrafficloadwhileminimizingthe

adverseimpactontrafficandenvironmentduringtheconstructioncycle.T