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基于ABAQUS的高强外包钢-高强混凝土组合连续梁的非线性有限元分析
摘要：
为了研究高强外包钢-高强混凝土组合连续梁的力学性能，本文使用ABAQUS软件进行非线性有限元分析。通过建立数值模型，模拟梁在不同荷载下的受力情况，并分析了高强钢材和高强混凝土对结构性能的影响。结果表明，外包钢的存在可以使结构的承载能力大幅提高，并且在一定程度上可以抑制混凝土开裂。此外，也发现高强钢材的使用和厚度的增加可以进一步提高结构的承载能力。
关键词：高强外包钢，高强混凝土，组合连续梁，非线性有限元分析
Abstract：
Inordertostudythemechanicalperformanceofhigh-strengthexternalsteel-high-strengthconcretecompositecontinuousbeams,thispaperusesABAQUSsoftwarefornonlinearfiniteelementanalysis.Byestablishinganumericalmodeltosimulatetheloadconditionsofthebeamunderdifferentloads,andanalyzingtheinfluenceofhigh-strengthsteelandhigh-strengthconcreteonthestructuralperformance.Theresultsshowthatthepresenceofexternalsteelcangreatlyimprovetheload-bearingcapacityofthestructure,andcanalsosuppressthecrackingofconcretetosomeextent.Inaddition,itwasalsofoundthattheuseofhigh-strengthsteelandtheincreaseofthicknesscanfurtherimprovetheload-bearingcapacityofthestructure.
Keywords:high-strengthexternalsteel,high-strengthconcrete,compositecontinuousbeam,nonlinearfiniteelementanalysis
一、引言
组合连续梁是一种由两种或两种以上的材料组成的结构，在现代桥梁工程中得到了广泛的应用。高强外包钢-高强混凝土组合连续梁，不仅具有高强度、高承载能力等优点，而且具有良好的耐久性和可塑性。因此，该结构在现代桥梁工程中的应用愈发重要。而非线性有限元分析作为一种能够有效模拟组合连续梁受力情况的工具，在工程设计和优化中具有广泛的应用。
本文基于ABAQUS平台，对高强外包钢-高强混凝土组合连续梁进行非线性有限元分析。通过建立数值分析模型，模拟荷载作用下该构件的受力情况，以及钢材和混凝土对结构性能的影响。本文的研究结果将有助于进一步优化组合连续梁的设计和工程应用。
二、数值模拟
2.1数值模型
本文所研究的组合连续梁采用了双T形梁作为主梁。该梁的上下翼缘采用高强度Q690钢板，中间部分采用高强度混凝土。具体结构参数如下表所示：
表1组合连续梁结构参数
公称截面尺寸（mm）高度宽度厚度
上翼缘80040040
下翼缘80040040
中墩800400V
中间混凝土800500T70
其中，V为变数表示不同高度，T70表示混凝土截面70cm高。
根据上述参数，建立了三维有限元模型，并采用梁单元对其进行离散。本文研究所涉及的关键材料是高强外包钢和高强混凝土。由于采用的Q690钢板的强度特征是随机分布的，在此我们取其平均值。混凝土的材料参数如下表所示：
表2混凝土材料参数
混凝土等级混凝土强度（MPa）混凝土杨氏模量（GPa）泊松比
C6057.833.060.16
2.2荷载和边界条件
为了分析组合连续梁的受力性能，本文指定三种不同的加载条件：
-在中间荷载位置施加一个20kN/m2的均布荷载；
-在中间荷载位置施加一个峰值荷载，大小为800kN；
-在两端短支座施加垂直于梁方向的100kN力。
本文考虑以下边界条件：
-右端短支座上下移动受限；
-左端短支座上下曲率固定；
-左侧的梁端口位移受限。
2.3材料与模型参数
本文对高强外包钢-高强混凝土组合连续梁的分析使用了ABAQUS/Explicit有限元软件，该软件是一种基于显式求解器的非线性有限元软件。在数值分析中，采用了3D元素类型C3D8R，它是一种八节点三维线性元素，可用于模拟高度非线性、大位移、大应变和失效问题。
钢材使用Q690钢，采用各向同性材料模型，摩擦系数取0.25。混凝土材料采用线性材