新型外包钢—混凝土组合简支梁及组合框架试验研究

论文题目: 新型外包钢—混凝土组合简支梁及组合框架试验研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 防灾减灾工程及防护工程

作者: 杜德润

导师: 李爱群

关键词: 型钢梁,组合梁,滑移破坏,水平剪切破坏,弹塑性分析,组合框架,抗震试验,滞回弹塑性分析

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 外包钢-混凝土组合梁是采用厚钢板做底板,C形或Z形冷弯薄壁钢板做侧板与底板焊接而形成U型截面钢梁,内部填充混凝土与楼板混凝土同时浇注,通过必要的连接措施保证型钢和混凝土共同工作的一种新型组合受弯构件。这种组合梁吸收了普通钢-混凝土组合梁和钢骨混凝土组合梁的优点并克服了它们的缺点,具有承载力高、刚度大、施工方便、工业化生产和综合经济指标优等特点,成为一种有良好应用前景的组合构件。本文对外包钢-混凝土组合梁进行了系统的研究,主要工作和成果包括以下两方面:1.外包钢-混凝土组合简支梁受力性能研究(1)通过14个外包钢-混凝土组合梁简支足尺试件的静力试验研究,分析了构件的破坏形态、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和跨中沿截面高度方向的应变分布情况等,了解了外包钢-混凝土组合梁的受力性能,掌握了保证型钢和混凝土共同工作的基本措施。(2)通过对外包钢-混凝土组合简支梁的理论分析,并借助有限元分析软件进行弹塑性分析,与试验结果验证,探讨了组合梁的破坏机理与受力特点。重点研究了外包钢-混凝土组合简支梁的两种特有破坏形式:纵向滑移破坏与纵向水平剪切破坏,并分析了U型钢梁上翼缘形式对组合梁受力的影响。最后指出组合梁受弯承载力计算需考虑型钢与混凝土之间的滑移效应,而正常使用状态下验算有时可忽略滑移效应的影响。(3)在试验研究与理论分析的基础上,给出外包钢-混凝土组合简支梁的完整设计方法,包括施工阶段和使用阶段的设计。对于使用阶段,分别给出了外包钢-混凝土组合简支梁四种承载力极限状态下的承载力计算公式与正常使用状态下的刚度计算公式。2.组合框架抗震性能研究(1)通过两榀外包钢-混凝土组合梁框架的抗震试验,研究组合梁在整体结构中的受力性能。分析了构件的破坏形态、破坏机制、抗震延性、耗能能力、变形恢复能力和承载力等指标,认为组合框架在保证合理设计的前提下可以实现抗震要求中强节点弱构件、强柱弱梁等基本原则。(2)采用有限元分析软件,对外包钢-混凝土组合梁框架进行单调荷载的弹塑性分析,得到了构件的开裂荷载与裂缝分布、钢构件的应力分布、结构的极限承载力等计算结果,并与试验结果进行验证。最后又对组合框架进行低周往复荷载下的全过程非线性滞回分析,获得结构的恢复力曲线,与试验结果符合较好,证明采用商业软件可以较好的模拟这种结构受力的全过程。(3)设计了一种新型的组合节点。通过在钢筋混凝土柱内预埋H型钢,统一了外包钢-混凝土组合梁与钢筋混凝土柱或钢骨混凝土柱刚性连接的节点设计方法。在H型钢内焊有加劲肋和受剪侧板,试验结果与有限元弹塑性分析结果可以验证加劲肋与受剪侧板可以和型钢腹板共同传递节点剪力。本文研究成果为国家工程建设标准《外包钢-混凝土组合梁楼盖设计与施工规程》的制定提供了科学依据。

论文目录:

摘要

Abstract

符号

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 钢－混凝土组合梁的发展与应用

1.2.1 国外的发展与应用

1.2.2 国内的发展与应用

1.3 本文研究的内容和意义

1.3.1 新型外包钢－混凝土组合梁概念

1.3.2 新型外包钢－混凝土组合梁受力机理

1.3.3 新型外包钢－混凝土组合梁的优点

1.3.4 外包钢－混凝土组合梁的研究现状

1.3.4.1 国外的研究与应用现状

1.3.4.2 国内的研究与应用现状

1.3.5 课题背景

1.4 组合梁及组合框架抗震性能研究

1.5 本文的主要研究工作

第一章参考文献

第二章 外包钢－混凝土组合简支梁试验研究

2.1 概述

2.2 试验方案设计

2.2.1 试件设计

2.2.2 加载方式与测点布置

2.2.2.1 加载方式与装置

2.2.2.2 测点布置

2.3 试验结果分析

2.3.1 破坏现象

2.3.2 破坏形态

2.3.3 试件荷载－挠度曲线及说明

2.3.4 试件跨中上表面混凝土荷载—应变曲线及说明

2.3.5 试件跨中底部钢板荷载—应变曲线及说明

2.3.6 试件沿截面高度应变分布及说明

2.4 本章小结

第二章参考文献

第三章 外包钢－混凝土组合简支梁受力分析

3.1 概述

3.2 外包钢－混凝土组合简支梁组合作用

3.3 外包钢－混凝土组合简支梁抗滑移分析

3.3.1 抗滑移分析

3.3.2 型钢与混凝土接触面的滑移剪力

3.3.3 型钢与混凝土的粘结作用

3.3.4 抗剪连接件

3.4 外包钢－混凝土组合简支梁纵向抗剪分析

3.4.1 纵向剪切破坏简述

3.4.2 纵向剪切破坏机理

3.4.3 混凝土抗剪强度

3.4.4 销栓抗剪强度

3.5 外包钢－混凝土组合简支梁竖向抗剪分析

3.6 外包钢－混凝土组合简支梁有限元分析

3.6.1 有限元模型建立

3.6.2 组合梁滑移有限元分析

3.6.2.1 滑移延梁长分布

3.6.2.2 滑移对承载力及变形影响

3.6.2.3 U 型钢梁上翼缘形式对滑移的影响

3.7 本章小结

第三章参考文献

第四章 外包钢－混凝土组合梁设计方法

4.1 概述

4.2 外包钢－混凝土组合梁施工阶段验算

4.3 外包钢－混凝土组合梁使用阶段正截面受弯承载力计算

4.3.1 完全剪力连接外包钢－混凝土组合梁

4.3.1.1 基本假定

4.3.1.2 界限状态混凝土相对受压区高度

4.3.1.3 正截面受弯承载力计算公式建立

4.3.1.4 试验结果对比

4.3.2 部分剪力连接外包钢－混凝土组合梁

4.3.2.1 基本假定

4.3.2.2 正截面受弯承载力计算公式建立

4.3.2.3 试验结果对比

4.4 外包钢－混凝土组合梁使用阶段竖向受剪承载力计算

4.5 外包钢－混凝土组合梁使用阶段纵向水平受剪承载力计算

4.5.1 计算公式建立

4.5.2 试验结果对比

4.6 外包钢－混凝土组合梁使用阶段纵向滑移计算

4.7 外包钢－混凝土组合梁刚度变形计算

4.7.1 基本假定

4.7.2 刚度计算公式

4.7.3 试验结果对比

4.8 外包钢-混凝土组合梁设计的构造问题

4.8.1 截面尺寸的选取

4.8.2 使用材料

4.8.3 防火措施

4.9 本章小结

第四章参考文献

第五章 组合框架抗震试验研究

5.1 概述

5.2 试验设计

5.2.1 试件设计与加工

5.2.2 加载方案

5.2.3 试验方法

5.2.4 试验测试内容

5.3 试验结果与分析

5.3.1 试验结果

5.3.1.1 试验现象描述

5.3.1.2 荷载滞回曲线与骨架曲线

5.3.1.3 荷载应变与转角曲线

5.3.2 试验结果分析

5.3.2.1 构件破坏形态

5.3.2.2 滞回曲线

5.3.2.3 骨架曲线

5.3.2.4 构件极限承载力与极限位移

5.3.2.5 变形恢复能力

5.3.2.6 延性系数

5.3.2.7 刚度对比与刚度退化

5.3.2.8 耗能能力

5.4 本章小结

第五章参考文献

第六章 组合框架抗震弹塑性分析

6.1 概述

6.2 组合框架有限元分析模型

6.3 单调荷载下的弹塑性分析

6.3.1 裂缝分布与开裂荷载

6.3.2 极限承载力

6.3.3 极限荷载下钢构件应力分布

6.4 低周往复荷载下的弹塑性分析

6.5 本章小结

第六章参考文献

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 后续工作的展望

攻读博士学位期间发表论文情况

致谢

发布时间: 2007-06-11

参考文献

• [1].钢—混凝土组合框架抗震性能及地震弹塑性反应研究[D]. 戚菁菁.中南大学2011
• [2].钢-混凝土组合结构体系抗震性能研究与地震易损性分析[D]. 刘阳冰.清华大学2009

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• [7].钢箱—混凝土组合梁结构行为试验研究与分析[D]. 莫时旭.西南交通大学2007
• [8].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[D]. 付果.西安建筑科技大学2008

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