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)的理論和試驗研究尚欠不足，尤其是缺乏適合我國工程設計需要的組合桁架結(jié)構(gòu)承載性能及設計方法的研究。
　　由于鋼-混凝土組合桁架梁類型多樣，受力性能亦較復雜，論文選取結(jié)構(gòu)形式相對典型，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象，通過試驗研究、有限元數(shù)值模

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

3、點。試驗結(jié)果表明:鋼-混凝土組合桁架梁的整個截面應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;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。
　　在試驗研究的基礎上，論文以4個試件為例分別建立了符合工程實際的鋼-混凝土組合桁架梁的有限元模型。通過計算分析，了解了組合桁架梁的應力變化特點、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，并與試驗結(jié)果進行了對比。分析表

4、明:從彈性剛度來看，4個試件有限元計算的彈性剛度均大于試驗彈性剛度;從承載力來看，有限元得到的構(gòu)件極限承載力與試驗結(jié)果較接近，變形性能與試驗結(jié)果基本吻合。
　　為了便于設計應用，論文對鋼-混凝土組合桁架梁受壓混凝土翼板的有效寬度進行了大量的計算分析，并將分析結(jié)果與我國現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范有關(guān)組合梁有效寬度的規(guī)定做了比較。論文對上述4個組合桁架梁試件混凝土翼板的應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)變化較為復雜，但總體上呈增大的趨勢。當其他條件不變時，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，混凝土板上的應力分布不均勻程度會增大，剪力滯后效應加劇。因此，設計計算時應適當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。設計計算時，如對梁的寬跨比不加區(qū)分，完全按照鋼結(jié)構(gòu)設計規(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、梁有效寬度的計算結(jié)果不低于現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的取值，對于不同高跨比的鋼-混凝土組合桁架梁，設計計算時，可以完全按照鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范的規(guī)定取值，計算組合梁的極限承載力。為了便于設計應用，論文最后還給出了便于工程應用的有效寬度簡化計算公式。
　　論文對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)進行了分析，研究這些設計參數(shù)對組合桁架梁抗彎性能的影響特點。研究表明:當其他參數(shù)不變時，組合梁腹桿截面徑厚

7、比增加時，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。因此設計時適當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算公式，總結(jié)組合桁架梁極限承載力的實用計算方法并與試驗研究和有限元分析得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進

8、行了對比。研究表明:對于部分抗剪連接的桁架組合梁(CB1)，有限元計算值和理論值幾乎一致，而試驗值比理論值偏小5％。對于完全抗剪連接的桁架組合梁(CB2a、CB2b和CB3)，試驗值比理論值平均偏大7％，有限元計算值比理論值偏大約19％?？梢娫O計時采用理論推導的實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，并進行了推出試驗有限元模擬分析，在此基礎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)