摘要
钢-混凝土组合结构广泛应用于桥梁工程中，主要包含钢梁、剪力连接件和混凝土结构。钢与混凝土连接部位受力复杂，且钢梁中存在的大量焊接构造都是影响钢-混凝土组合桥梁安全性、耐久性的重要因素，研究其破坏机理与破坏过程对结构设计具有重要意义。针对结构破坏分析中的不连续问题在有限元方法下难以求解的困难，近场动力学方法以其积分求解优势被广泛应用。本文基于近场动力学理论，综合连续介质力学理论和断裂力学理论，用近场动力学方法进行钢-混凝土组合桥梁关键构造的静力与疲劳性能分析。 本文首先在近场动力学基本思想和运动方程基础上，推导近场动力学键型理论的建模过程，分析关键参数的计算方法，基于数值分析方法和计算流程利用 Visual Studio 2019平台和C++语言开发钢材与混凝土材料的近场动力学准静态分析程序，为钢-混凝土组合桥梁关键构造的一维、二维和三维分析提供计算平台。 在近场动力学键型理论基础上，本文建立混凝土和钢材的近场动力学改进模型，利用数值算例与有限元结果及理论解析对比的方法验证模型的有效性。结果表明，在混凝土和钢材的近场动力学对点力函数中，依据材料特性和本构关系引入伸长率参数确定的对点力平稳段可以有效模拟混凝土和钢材受力特性。钢-混凝土界面折减模型可以模拟出栓钉拉拔试件的界面破坏特征，进一步有效模拟出试件破坏过程。 综合考虑断裂力学理论和近场动力学疲劳分析理论，本文推导键的疲劳断裂准则。在分析近场动力学疲劳计算流程的基础上，基于C++和Fortran语言开发近场动力学疲劳计算程序，并开发递增多项式拟合法的C++程序用于疲劳分析结果处理。通过CT试件的疲劳模拟和试验结果对比的方法标定Q345母材和焊缝材料的疲劳参数，并更新疲劳参数模拟十字传力角焊缝的疲劳裂纹扩展过程及试件疲劳寿命，并对推出试件模型进行疲劳模拟，研究栓钉及混凝土破坏形式及剪力键刚度退化过程。结果表明，十字传力角焊缝在疲劳加载下，裂纹先沿着未焊区的路径进行扩展，然后再以一定角度扩展至焊缝区最终到达焊缝边缘。推出试件疲劳过程中栓钉周围混凝土呈现椭圆形破坏区域，剪力键刚度退化明显，通过近场动力学疲劳计算结果与试验结果做对比验证模型可以用于疲劳计算分析。
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