2 有限元模型建立

有限元模型概况

在某大桥的横桥向取一个带1条“一字肋”的肋条带建立预制混凝土桥面板UHTCC湿接缝局部的桥面板试件有限元模型，模型全长3.2m，净跨3m，宽0.5m，纵肋高0.21m，桥面UHTCC层厚45mm。其余具体模型尺寸如图3所示。

图3 模型尺寸示意

为了方便后续进行参数化分析，此处使用Python脚本在Abaqus中建立非线性有限元模型。有限元建模时混凝土、UHTCC均采用C3D8R实体单元类型来进行模拟，钢筋则采用T3D2线性桁架单元进行模拟，而由于钢结构所使用的钢板厚度一般都远小于其长度或宽度，选用壳单元则可以很好地贴近实际并且可以减少单元数量并减小计算量。因此钢结构部分则选用S4R壳单元进行模拟。

参数设定

桥面板混凝土材料选用强度等级为C50的混凝土，同时UHTCC强度与之匹配，其立方体抗压强度为50MPa。UHTCC与混凝土材料两者本构模型都选用混凝土塑性损伤模型（concrete plasticity damage model），该模型是基于塑性和连续介质理论的混凝土损伤模型，其假定混凝土破坏机理是材料的拉伸开裂和压缩破碎。UHTCC的单轴加载受压应力应变关系通过试验获得，单轴受拉应力应变关系根据文献建议简化为双直线模型；普通混凝土的单轴拉压应力应变曲线则采用混凝土结构设计规范所给定的计算模型。UHTCC及混凝土材料参数如表2所示，本构曲线如图4所示。钢结构部分则选用Q345钢材，钢筋选用HRB400级钢筋。

表2UHTCC和混凝土材料参数取值

图4 UHTCC及混凝土塑性损伤本构

在接触部分，钢结构部分与UHTCC/混凝土之间采用Contact接触模拟，法向行为采用“硬”接触，切向行为采用“罚”的摩擦公式，摩擦系数取0.3，剪力钉与钢桥面之间则使用Tie绑定约束。钢筋与剪力钉均使用Embed嵌入约束嵌入到UHTCC与普通混凝土当中。支座处设置钢垫块，与混凝土/UHTCC之间使用Tie绑定约束。而UHTCC与混凝土之间则采用前文所述的Cohesive单元来连接，同时在接缝附近采用更小的网格划分来提升模拟的精度。接缝界面应力达到所设定的极限状态时会界面处产生开裂，如图5所示。