新型预应力波形钢腹板组合梁受弯性能分析

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预应力波形钢腹板组合梁力学性能良好、造型美观,被广泛运用于国内外的工程实践,但弯矩作用下其受拉侧混凝土板将面临开裂问题,这将对结构的安全性和耐久性带来不利影响。针对上述问题,本文针对一种采用钢管混凝土代替组合梁下翼缘混凝土板的新型预应力波形钢腹板组合梁的受弯性能开展研究,通过数值计算和理论分析探讨了其极限承载力、变形性能和应力应变分布规律等受力性能,建立了抗弯承载力的简化计算方法。本文主要研究内容包括:(1)对新型无粘结预应力波形钢腹板组合梁在正弯矩作用下的受弯性能开展了研究,分析了跨高比、混凝土强度、初始预应力、混凝土上翼缘板板宽和钢管强度对组合梁受弯性能的影响。研究表明,减小跨高比和增大钢管强度可显著提高组合梁的极限承载力,腹板高度增加160 mm时,试件的极限承载力提高了48.2%;提高混凝土强度等级和减小钢管强度可显著提高组合梁的变形能力,钢管强度由345 MPa变为295 MPa时,试件的延性系数由3.43增加至4.63。承载力极限状态时,无粘结预应力筋的拉应力介于(0.81 0.86)fptk之间。K形横联将改变“剪力滞效应”的作用形式,增大混凝土上翼缘板板宽截面剪力滞系数的峰值将明显增大。在数值计算的基础上,探讨了正弯矩作用下新型无粘结预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力的理论计算方法。(2)对新型有粘结预应力波形钢腹板组合梁在正弯矩作用下的受弯性能开展了计算分析,研究表明:减小跨高比和增大钢管强度可显著提高有粘结预应力波形钢腹板组合梁的极限承载力;提高混凝土强度等级和减小钢管强度可显著提高组合梁的变形能力,试件的延性系数最多提高了35.0%。承载力极限状态时,跨中截面有粘结预应力筋的预应力增量较无粘结试件增大30%以上。有粘结预应力试件的纵向应变沿高度分布规律以及纵向应力沿横向分布规律与无粘结预应力试件相似,扩展的夹层梁理论适用于描述新型组合梁截面的受力特点。在数值计算的基础上,提出了正弯矩作用下新型有粘结预应力波形钢腹板组合梁抗弯承载力的理论计算方法。(3)对新型波形钢腹板组合梁在负弯矩作用下的受力性能展开了计算分析,考察了纵向普通钢筋配筋率、预应力筋配筋率和跨高比对组合梁抗弯性能的影响,并探讨了组合梁截面刚度的退化规律。本文的研究成果可为所研究的新型预应力波形钢腹板组合梁的设计计算提供参考。
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