考虑界面滑移及掀起影响的钢—混凝土组合梁试验与理论研究

论文摘要

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都有比较广泛的研究,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-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板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根组合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,在栓钉间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.论文从理论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合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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 钢-混凝土组合梁的特点
• 1.1.2 钢-混凝土组合梁的分类
• 1.1.3 钢-混凝土组合梁的发展与应用
• 1.2 钢-混凝土组合梁的研究现状
• 1.2.1 抗剪连接件的研究
• 1.2.2 简支组合梁的研究
• 1.2.3 连续组合梁的研究
• 1.3 本文的主要研究工作
• 1.3.1 研究对象
• 1.3.2 研究内容
• 1.4 本章小结
• 参考文献
• 2 试验研究
• 2.1 试验目的
• 2.2 试验设计及内容
• 2.2.1 构件设计与制作
• 2.2.2 材性性能
• 2.2.3 试验装置及加载方案
• 2.2.4 测点布置及数据采集
• 2.3 简支组合梁抗弯性能试验结果及分析
• 2.3.1 主要试验结果和现象
• 2.3.2 组合梁的延性
• 2.3.3 钢梁及钢筋应变
• 2.4 简支组合梁竖向抗剪性能试验结果及分析
• 2.4.1 主要试验结果和现象
• 2.4.2 钢梁及钢筋应变
• 2.5 反向加载简支组合梁试验结果及分析
• 2.5.1 主要试验结果和现象
• 2.5.2 混凝土翼板裂缝
• 2.6 连续组合梁试验结果及分析
• 2.6.1 主要试验结果和现象
• 2.6.2 横向钢筋应变与负弯矩区钢梁应变
• 2.6.3 混凝土翼板裂缝
• 2.7 小结
• 参考文献
• 3 滑移与掀起的测试及分析
• 3.1 滑移与掀起的测试
• 3.1.1 方法概述
• 3.1.2 测试结果分析
• 3.2 栓钉水平抗剪刚度系数
• 3.2.1 正弯矩区栓钉的水平抗剪刚度系数
• 3.2.2 负弯矩区栓钉的水平抗剪刚度系数
• 3.3 栓钉竖向抗掀起刚度系数
• 3.3.1 简化轴心受拉理论
• 3.3.2 试验拟合方法
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 4 掀起力的理论计算
• 4.1 引言
• 4.2 理论分析和公式的推导
• 4.2.1 基本计算假定
• 4.2.2 两种刚度系数
• 4.2.3 微分方程的建立
• 4.3 理论公式的求解
• g（x）的求解'>4.3.1 齐次微分方程通解N_g（x）的求解
• p（x）的求解'>4.3.2 非齐次微分方程特解N_p（x）的求解
• 4.3.3 全解N（x）的求解
• 4.4 掀起力理论公式的求解
• 4.5 试验与理论结果对比分析
• 4.6 组合梁配钢率分析
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 5 钢-混凝土组合梁刚度、变形分析
• 5.1 概述
• 5.1.1 引言
• 5.1.2 现有方法及问题
• 5.2 简支组合梁挠度的理论计算
• 5.2.1 完全共同工作组合梁的挠度计算
• 5.2.2 部分共同工作组合梁的挠度计算
• 5.3 简支组合梁挠度的简化计算
• 5.3.1 现有方法的问题
• 5.3.2 刚度简化实用计算法
• 5.3.3 理论与试验结果的对比分析
• 5.4 连续组合梁的挠度计算
• 5.4.1 计算方法研究
• 5.4.2 试验验证
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 6 抗弯承载力分析
• 6.1 引言
• 6.2 滑移和掀起效应对组合梁弹性抗弯强度的影响
• 6.2.1 钢-混凝土组合梁钢梁应变计算
• 6.2.2 组合梁钢梁应变比较分析
• 6.2.3 组合梁弹性附加弯矩分析
• 6.3 修正平截面假定理论研究
• 6.3.1 概述
• 6.3.2 关于平截面假定的参数
• 6.3.3 修正平截面假定的理论推导
• 6.3.4 钢梁应力分析
• 6.4 组合梁极限抗弯强度分析
• 6.4.1 完全抗剪连接组合梁抗弯承载力计算
• 6.4.2 部分抗剪连接组合梁抗弯承载力计算
• 6.4.3 抗剪连接程度对组合梁抗弯承载力的影响
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 7 抗剪承载力分析
• 7.1 引言
• 7.2 钢-混凝土组合梁剪切破坏的特征
• 7.3 影响组合梁竖向抗剪承载力的因素
• 7.3.1 界面滑移和竖向掀起对组合梁竖向抗剪承载力的影响
• 7.3.2 影响组合梁抗剪承载力的其它因素
• 7.4 组合梁的剪切破坏机理
• 7.5 组合梁竖向抗剪承载力的研究
• 7.5.1 组合梁竖向抗剪承载力的塑性分析
• 7.5.2 组合梁竖向抗剪承载力的计算
• 7.6 本章小结
• 参考文献
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 附录一: 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 附录二: 博士期间参与的主要科研项目
• 致谢