考虑界面滑移和掀起影响的钢-混凝土组合梁试验与理论研究

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钢-混凝土组合梁是通过抗剪连接件将钢梁与混凝土翼板组合而共同工作的一种组合构件。尽管钢-混凝土组合梁在国内外部有比较广泛的研究,然而在设计理论及实际应用中仍然存在着许多技术难题。论文通过试验研究和理论分析计算,对组合梁界面水平相对滑移和竖向掀起性能进行了比较系统的研究。完成的主要工作和取得的成果包括:   1.设计了以栓钉抗剪连接程度为主要参数的11根正向和反向加载简支组合梁试件,以及3根两跨连续组合梁试件。试件中钢梁与混凝土翼板的交接面处埋设了双向内置式钢一混凝土电子滑移传感器,以测量界面水平相对滑移;在栓钉上布置应变片,以测量栓钉所受竖向掀起力的大小;在同一截面处的钢梁和混凝土翼扳上分别布置了位移计,以测量两者的竖向掀起位移。并分别在钢梁上下翼缘、腹板和混凝土翼板上布置了电阻应变片,对试验组合梁在加载全过程的受力性能、界面滑移和竖向掀起的变化进行了细致的观察。   2.对14根组台梁试件界面水平相对滑移、竖向掀起位移和栓钉竖向掀起力的试验测试结果进行了综合分析和归纳,得出了组合梁界面水平相对滑移和竖向掀起位移的分布规律,并进一步分析了抗剪连接程度、栓钉的布置和正反方向加载对组合梁界面水平相对滑移和竖向掀起位移的影响,同时试验得出了栓钉的水平抗滑移刚度系数和竖向抗掀起刚度系数的大小。   3.论文从理论上推导得出了组合梁界面竖向掀起应力的计算表达式,在栓钉问距范围内积分即可求得栓钉所受掀起力的大小,该理论值与试验实测结果吻合良好,为组合梁栓钉的抗掀起设计提供了理论依据,根据界面竖向掀起效应和截面优化设计的原则提出了组合梁合理配钢率的范围。   4.钢结构设计规范(GB50017-2003)采用折减刚度法来计算组合梁的挠度,论文从试验结果和理论分析两个方面指出了其应用的不足:并从理论上推导得出了同时考虑界面滑移和竖向掀起效应影响的组合梁挠度计算表达式,该表达式求得的挠度值与试验实测值吻合良好;同时提出了能满足工程设计要求的简化实用刚度计算公式。   5.论文从理沦上分析了界面滑移和竖向掀起效应对组合梁弹性抗弯强度和极限抗弯承载力的影响大小,提出了考虑界面滑移和竖向掀起效应的组合梁抗弯强度简化计算方法;通过推导滑移应变对组合梁截面平均应变的影响,确定出了组合梁修正平截面中的一些参数,使修正平截面更趋合理。   6.论文的试验结果和理论分析表明不论正弯矩或负弯矩作用下组合梁的混凝土翼板对其截面的抗剪承载能力均有明显的贡献,界面水平相对滑移和竖向掀起效应对组合梁抗剪承载力的影响较小,论文按叠加法建立了组台梁抗剪承载能力的计算公式,计算值与试验实测值吻合良好。
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