鋼—混凝土組合桁架梁抗彎性能研究.pdf

1、鋼-混凝土組合桁架梁是由鋼桁架與混凝土板組合而成的受彎構(gòu)件，這種組合梁具有優(yōu)越的空間利用性能和顯著的工程經(jīng)濟(jì)效益。鋼-混凝土組合桁架梁目前在我國的研究還處于起步階段，相關(guān)的理論和試驗(yàn)研究尚欠不足，尤其是缺乏適合我國工程設(shè)計(jì)需要的組合桁架結(jié)構(gòu)承載性能及設(shè)計(jì)方法的研究。
　　由于鋼-混凝土組合桁架梁類型多樣，受力性能亦較復(fù)雜，論文選取結(jié)構(gòu)形式相對(duì)典型，在我國部分地區(qū)已開始初步使用的圓鋼管組合桁架梁為研究對(duì)象，通過試驗(yàn)研究、有限元數(shù)值模

2、擬、參數(shù)分析以及理論推導(dǎo)，研究鋼-混凝土組合桁架梁的抗彎承載性能及其影響因素。
　　論文首先采用試驗(yàn)方法研究了鋼-混凝土組合桁架梁的抗彎承載能力。設(shè)計(jì)了4根編號(hào)為CB1、CB2a、CB2b和CB3的鋼-混凝土組合桁架梁試件進(jìn)行抗彎試驗(yàn)，詳細(xì)介紹了試件單調(diào)加載靜力試驗(yàn)的全過程情況，包括組合梁的破壞形態(tài)、變形性能、控制截面應(yīng)變、滑移等。以CB2b試件為例，分析了混凝土受壓翼緣板的應(yīng)變及應(yīng)力分布、荷載-撓度曲線以及抗彎極限承載力的變化特

3、點(diǎn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:鋼-混凝土組合桁架梁的整個(gè)截面應(yīng)變基本符合平截面假定;鋼-混凝土組合梁的混凝土受壓翼緣存在較明顯的剪力滯后效應(yīng);鋼-混凝土組合桁架梁具有較高的受彎承載能力和一定的延性性能。
　　在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，論文以4個(gè)試件為例分別建立了符合工程實(shí)際的鋼-混凝土組合桁架梁的有限元模型。通過計(jì)算分析，了解了組合桁架梁的應(yīng)力變化特點(diǎn)、組合梁的荷載-位移關(guān)系、荷載-滑移關(guān)系以及組合桁架梁的極限承載力，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。分析表

4、明:從彈性剛度來看，4個(gè)試件有限元計(jì)算的彈性剛度均大于試驗(yàn)彈性剛度;從承載力來看，有限元得到的構(gòu)件極限承載力與試驗(yàn)結(jié)果較接近，變形性能與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。
　　為了便于設(shè)計(jì)應(yīng)用，論文對(duì)鋼-混凝土組合桁架梁受壓混凝土翼板的有效寬度進(jìn)行了大量的計(jì)算分析，并將分析結(jié)果與我國現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)組合梁有效寬度的規(guī)定做了比較。論文對(duì)上述4個(gè)組合桁架梁試件混凝土翼板的應(yīng)力分布情況分析表明:組合桁架梁在荷載作用下，隨著作用荷載的增加，有效寬度

5、系數(shù)變化較為復(fù)雜，但總體上呈增大的趨勢(shì)。當(dāng)其他條件不變時(shí)，組合梁的寬跨比(b/l)越大，有效寬度系數(shù)αe越小。增大組合梁混凝土翼板寬度時(shí)，混凝土板上的應(yīng)力分布不均勻程度會(huì)增大，剪力滯后效應(yīng)加劇。因此，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)適當(dāng)限制組合梁的寬跨比(b/l)，使混凝土翼板充分發(fā)揮承載能力。設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，如對(duì)梁的寬跨比不加區(qū)分，完全按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定取值，則有可能高估寬跨比較小的組合梁的極限承載力，導(dǎo)致偏于不安全的結(jié)果。在極限承載力狀態(tài)下，組合桁架

6、梁有效寬度的計(jì)算結(jié)果不低于現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的取值，對(duì)于不同高跨比的鋼-混凝土組合桁架梁，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，可以完全按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定取值，計(jì)算組合梁的極限承載力。為了便于設(shè)計(jì)應(yīng)用，論文最后還給出了便于工程應(yīng)用的有效寬度簡化計(jì)算公式。
　　論文對(duì)組合梁的混凝土板厚度和寬度、腹桿截面尺寸、桁架梁上弦托板寬度以及栓釘抗剪連接程度等參數(shù)進(jìn)行了分析，研究這些設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)組合桁架梁抗彎性能的影響特點(diǎn)。研究表明:當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí)，組合梁腹桿截面徑厚

7、比增加時(shí)，組合梁的初期剛度、后期剛度以及極限承載力均無明顯變化。因此設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)考慮采用較厚且較寬闊的混凝土翼板，既可以提高組合梁承載力又能改善組合梁的變形性能。另外，上弦托板的寬度和栓釘抗剪連接程度都會(huì)在一定范圍內(nèi)提高組合梁的承載能力。
　　為能從理論上更好地把握組合桁架梁的抗彎性能，論文推導(dǎo)了鋼-混凝土組合桁架梁受彎承載力理論分析的基本假定和計(jì)算公式，總結(jié)組合桁架梁極限承載力的實(shí)用計(jì)算方法并與試驗(yàn)研究和有限元分析得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)

8、行了對(duì)比。研究表明:對(duì)于部分抗剪連接的桁架組合梁(CB1)，有限元計(jì)算值和理論值幾乎一致，而試驗(yàn)值比理論值偏小5％。對(duì)于完全抗剪連接的桁架組合梁(CB2a、CB2b和CB3)，試驗(yàn)值比理論值平均偏大7％，有限元計(jì)算值比理論值偏大約19％?？梢娫O(shè)計(jì)時(shí)采用理論推導(dǎo)的實(shí)用公式是偏于安全的。
　　論文提出了一種新型雙釘頭型栓釘剪力連接件形式，并進(jìn)行了推出試驗(yàn)有限元模擬分析，在此基礎(chǔ)上討論了影響新型栓釘連接件抗剪承載力的主要因素，并結(jié)合有關(guān)