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钢-混凝土组合梁具有独特的优越性,应用前景非常广阔。由组合梁和钢柱组成的框架本文称之为组合框架。组合框架受力时组合梁刚度是变化的,刚度突变分界点的确定对于准确反映组合框架受力性能有重要的意义。而国内外的规范取刚度突变区长度为跨长的15%.这一结论并无令人信服的解释。因此,有必要就如何准确确定组合框架梁的刚度突变点的问题开展相关的研究。本文对组合框架梁的负弯矩区距离作了如下的研究和分析:
对组合框架梁负弯矩区距离进行理论分析。基于材料力学的基本原理,讨论了正负弯矩区刚度比μ与截面特性关系,进而推导了负弯矩区距离比x关于μ的计算公式。为简化计算,将二者的关系拟合成比较简单的公式,以便于后续工作的分析。
利用VisualFortran语言编制了组合梁刚度突变点分析程序。该程序通过反复的迭代计算,不断调整梁刚度的分界点,较准确地分析荷载作用下组合框架梁刚度突变点的位置。并利用VisualBasic语言编制了程序的界面。
运用已编制的程序来计算框架在均布荷载、跨中集中荷载作用下,组合梁的负弯矩区距离比x值。在这两种荷载情况下分别分析比较了电算值和公式值之间的差距,验证了电算值的合理性;在不同荷载作用下,分析了正负弯矩区刚度比μ、梁柱线刚度比i对负弯矩区距离比x的影响,细致分析各种因素的影响大小;利用数学分析软件对计算结果进行大量的数据分析,给出x的统计值约为0.19。
将x=0(不考虑负弯矩区长度)、0.15(规范取值)、0.19(本文取值)分别带入有限元软件SAP2000里进行框架内力分析,并进行结果分析对比。其中有限元软件计算模型有四种,分别是一层一跨,一层两跨,两层一跨,两层两跨,荷载为均布荷载和集中荷载两种。根据大量的分析结果,分别作不同x取值、不同荷载形式、不用层数和跨数之间的结果对比,总结出5条结论:①负弯矩区长度的增加对降低柱顶、柱底处弯矩和剪力,降低边柱和中柱的柱顶水平位移,增加刚度突变点的竖向位移有一定影响;②荷载均匀分布对降低柱顶、柱底处弯矩和剪力以及降低边柱和中柱的柱顶水平位移有一定影响;③同样荷载、同样负弯矩区距离,层数越少,柱顶的弯矩、剪力、水平位移越小;④跨数的增加,可使组合框架的柱项、柱底的弯矩和剪力减小,初定反弯点处的弯矩和剪力以及梁跨中弯矩略大,左右柱项水平位移略大。⑤跨数的增多,可以降低负弯矩区距离比的取值,楼层愈低,负弯矩区距离比的取值可以相对愈大。
本文的研究分析可以较准确的确定组合框架梁刚度突变点的位置,从而有利于组合框架的内力分析,这对组合框架梁的设计有积极的指导意义。