论文建模复现-超高性能混凝土组合梁抗剪性能视频教学 原创

1、 引言

双钢板 - 混凝土组合结构的抗剪性能与传统钢筋混凝土结构存在显著差异。该结构通过拉结筋和栓钉实现钢板与混凝土的连接，在剪力作用下易产生界面滑移，导致试件刚度与承载力下降。本案例聚焦于论文第 4 章双钢板 - 混凝土组合梁的建模复现，旨在通过 ABAQUS 有限元分析软件，对组合梁抗剪性能进行数值模拟。需特别说明的是，本次复现仅涵盖建模过程教学，不涉及曲线拟合内容。

2、 几何模型与材料参数

（1） 模型构建：

本案例采用减缩积分三维实体单元 C3D8R 模拟双钢板-混凝土组合梁试件的混凝土、栓钉和钢板部分，该单元对位移的求解结果较精确，在网格发生扭曲变形时分析精度不会受到大的影响。拉结筋采用T3D2三维二节点线性桁架单元进行模拟，垫块和支座采用离散刚体壳单元进行模拟。混凝土六面体网格边长 40mm，钢筋钢板网格边长 20mm，栓钉网格边长 5mm，因为网格尺寸过大导致模型不收敛，尺寸过小明显减慢计算速度，此种网格尺寸可以很好的模拟实际试件的受力性能。双钢板-混凝土组合梁数值模拟几何模型如图所示。

图1栓钉模型

图2混凝土模型

图3钢板-抗剪钢筋组合模型

图4超高性能混凝土组合梁抗剪性能装配模型

（2） 材料属性：

混凝土材料用 ABAOUS中塑性损伤模型,钢筋采用随动强化弹塑性模型;普通混凝土单轴应力-应变关系采用《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)。超高性能混凝土采用图5中给出的单轴应力-应变关系曲线。

图5超高性能混凝土单轴应力-应变关系（来源：曾宪锃.核设施双钢板—超高性能混凝土组合梁抗剪性能研究[D].哈尔滨工业大学,2017.）

3、 分析步设置

分析类型：在动力-显示析步中，设定分析时间长度为1，并通过启用质量缩放功能以缩短计算耗时、提升运行效率。

图6 设置分析步

图7 历程输出（方便后续在可视化步骤中直接输出荷载位移曲线）

4、 相互作用

在混凝土内部设置的拉结筋与混凝土之间通过嵌固约束实现连接；拉结筋与钢板则通过合并约束形成统一受力整体；混凝土与钢板的接触面采用面面接触设置，其中法向定义为硬接触，切向按实际工况赋予摩擦系数；栓钉与钢板之间采用绑定约束处理；垫块与钢板同样通过绑定约束实现连接；加载参考点与垫块之间则通过刚接约束实现荷载传递。

5、 计算结果

图8位移云图

图9应力云图

6、 结论与拓展应用

（1） 复现结论：有限元模型能准确模拟 UHPC 组合梁抗剪性能，界面连接强度与剪跨比是控制破坏的关键因素；

（2） 工程建议：实际设计中可通过增加栓钉密度、优化截面形式提高抗剪安全性；

（3） 拓展方向：该方法可延伸至钢 - UHPC 连续梁、波形钢腹板组合梁等场景，或结合疲劳荷载分析长期性能。

7、 附件：本案例中的abaqus模型文件和教学视频（包括cae、odb和inp文件）