波紋腹板H型鋼及組合梁力學(xué)性能理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、波紋腹板H型鋼采用波紋鋼板作為腹板，這種腹板形式能夠以較薄的厚度，且不適用加勁肋，就能夠獲得極大的平面外剛度和剪切屈曲強(qiáng)度。波紋腹板H型鋼的腹板高厚比可以達(dá)到600，因此能夠有效地節(jié)約鋼材，經(jīng)濟(jì)效益非常突出。
　　 鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域近年來發(fā)展較快的一個(gè)方向，它是在鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)，充分利用了鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的各自優(yōu)點(diǎn)。將波紋腹板H型鋼應(yīng)用到組合梁中形成波紋腹板H型鋼組合梁，是多

2、高層組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域一種新的思路，需要進(jìn)行充分的研究。
　　 通過試驗(yàn)手段，并輔助以ANSYS有限元軟件數(shù)值模擬，對(duì)波紋腹板H型鋼及組合梁在剪切、彎曲狀態(tài)下的極限承載力進(jìn)行了研究，并探討了波紋腹板鋼梁和組合梁變形計(jì)算方法和設(shè)計(jì)方法，總結(jié)起來，主要研究工作和結(jié)論有下面幾點(diǎn)：
　　 (1)研究了波紋腹板鋼梁在橫向荷載作用下的受力特點(diǎn)，重點(diǎn)是波紋腹板鋼梁的兩種主要的剪切屈曲破壞形式：局部屈曲和整體屈曲。在總結(jié)了各國(guó)研究者給出的

3、的抗剪承載力計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了11個(gè)簡(jiǎn)支波紋腹板鋼梁的抗剪試驗(yàn)，同時(shí)采用有限元的方法對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行了輔助研究。最終提出了適用于梯形波紋腹板H型鋼梁抗剪承載力的計(jì)算方法。
　　 (2)為了提出一個(gè)能夠用于生產(chǎn)的波形，按照承載力滿足屈服前不屈曲、腹板用鋼量省(波紋褶皺率小)、抗剪過程中延性系數(shù)高的原則，對(duì)腹板的波形進(jìn)行了優(yōu)化分析，提出了一種優(yōu)化波形。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該優(yōu)化波形符合上述三個(gè)優(yōu)化原則。
　　 (3)對(duì)波紋腹板H型鋼

4、梁抗彎性能進(jìn)行了研究。首先進(jìn)行了抗彎強(qiáng)度破壞試驗(yàn)，試驗(yàn)證明波紋腹板不承受任何彎曲正應(yīng)力，所以梁的抗彎承載力的計(jì)算可以僅考慮上下翼緣的貢獻(xiàn)。而其由于截面的屈服彎矩和塑性彎矩差別較小，提出用塑性彎矩作為梁的抗彎承載力。對(duì)梁的整體穩(wěn)定性能研究也分為了兩個(gè)層次進(jìn)行：彈性穩(wěn)定和彈塑性穩(wěn)定。其中彈性穩(wěn)定分析中，主要研究了波紋腹板鋼梁截面翹曲常數(shù)計(jì)算方法，并通過有限元方法進(jìn)行校核。而通過有限元進(jìn)行梁的彈塑性穩(wěn)定分析，得到了用于設(shè)計(jì)的整體穩(wěn)定設(shè)計(jì)公式。

5、
　　 (4)對(duì)波紋腹板鋼梁變形性能的研究也包括了彈性和塑性兩個(gè)層次。彈性分析主要研究了梁的初始剛度，尤其是鋼梁腹板剪切變形的影響。塑性分析主要探討了梁的延性性能。在總結(jié)前文中的試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，討論了各種因素對(duì)波紋腹板鋼梁延性的影響。
　　 (5)波紋腹板鋼梁上翼緣受到局部集中荷載作用下，其局部承壓承載力也是影響波紋腹板鋼梁性能的重要方面。國(guó)內(nèi)外研究資料均證明，波紋腹板鋼梁具有較高的局部承壓強(qiáng)度。進(jìn)行了若干構(gòu)件的局部承

6、壓試驗(yàn)和有限元模擬，試驗(yàn)中，采用了不同的摯塊形式(立方體鋼塊、鋼軌和鋼輥軸)。通過試驗(yàn)結(jié)果，分析了不同的荷載分布寬度對(duì)局壓承載力的影響，最終得到了局壓承載力設(shè)計(jì)公式。
　　 (6)在波紋腹板鋼梁理論分析和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，探討了將波紋腹板H型鋼用于組合梁的可行性。首先，按照經(jīng)典組合梁理論，分析了波紋腹板H型鋼組合梁的受力特點(diǎn)。隨后進(jìn)行了3個(gè)組合梁的抗剪試驗(yàn)和有限元模擬。通過研究，詳細(xì)分析了波紋腹板H型鋼剪應(yīng)力分布特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有資

7、料，討論了混凝土翼板對(duì)抗剪承載力的影響，并提出了組合梁抗剪承載力設(shè)計(jì)公式。
　　 (7)由于波紋腹板不承受任何彎曲應(yīng)力作用，波紋腹板H型鋼組合梁的抗彎性能與平腹板組合梁存在一定不同。在傳統(tǒng)的組合梁理論分析基礎(chǔ)上，結(jié)合鋼梁和混凝土之間的滑移對(duì)承載力的影響，給出了構(gòu)件抗彎承載力的計(jì)算方法。隨后，設(shè)計(jì)了4個(gè)組合梁抗彎試驗(yàn)，并進(jìn)行了有限元模擬。通過試驗(yàn)可以證明了力學(xué)模型的正確性，而所提出的計(jì)算方法也能夠用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)。
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