基于试验的高强钢—混凝土组合梁计算理论研究和有限元分析

论文摘要

为研究高强钢-混凝土组合梁在静荷载作用下的受力性能,共进行了2根简支梁在跨中两点对称荷载作用下的试验。2根试件均为完全剪力连接,主要变化参数为钢梁强度等级。加载方式为单调静力加载,试验测量内容主要为竖向加载荷载、挠度、截面应变及混凝土翼板和钢梁间的滑移等。试验结果表明,所有试件均发生弯曲破坏,高强钢与混凝土通过栓钉连接表现出良好的整体工作性能。本文通过高强钢-混凝土简支组合梁的试验研究,探讨了高强钢-混凝土组合梁的破坏特征和受力性能,分析了高强钢-混凝土组合梁的正截面受弯承载力计算方法;通过对试验结果分析得出高强钢-混凝土组合梁组合截面抗剪能力远大于当前各国有关规范都规定按简化塑性理论设计;通过对试验数据的分析可知,不论混凝土翼板是处于组合梁截面的受压区还是受拉区,其对组合梁截面的抗剪承载能力均有明显供贡献（目前规范仅计算钢梁腹板的抗剪作用偏于保守）。按叠加法建立了计算高强钢-混凝土组合梁抗剪承载能力的计算式,为高强钢-混凝土组合梁工程实践提供设计参考。另外,本文还借助于非线性有限元分析方法,以大型通用有限元分析软件ANSYS为平台,充分利用试验数据进行验证,得出合理的有限元空间计算模型,对高强钢-混凝土组合梁的力学性能做进一步的探讨,弥补试验数量的不足;通过数值模拟,研究高强钢-混凝土组合梁混凝土翼板的厚度、混凝土标号以及钢梁腹板厚度等各种因素变化对高强钢-混凝土组合梁力学性能的影响,最后分析结果并与规范作相应的对比。研究为高强钢-混凝土组合梁在我国的应用及以后的研究工作提供一些参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 概论
• 1.1.1 组合梁的分类
• 1.1.2 组合梁的特点
• 1.2 组合梁的发展概况与工程应用
• 1.2.1 组合梁在国外的研究与应用
• 1.2.2 组合梁在国内的研究与应用
• 1.3 本文的研究内容及目的
• 第二章 试验概况
• 2.1 试验特点
• 2.2 试验内容和目的
• 2.2.1 试验内容
• 2.2.2 试验目的
• 2.3 试件设计和材料性能
• 2.3.1 试件设计
• 2.3.2 荷载情况
• 2.3.3 材料的力学性能
• 2.3.4 剪力连接件
• 2.3.5 构件应变片的布置
• 2.3.6 加载方案
• 2.3.7 试验中所用仪器设备
• 2.4 试验结果的分析
• 第三章 简支高强钢-混凝土组合梁计算方法分析
• 3.1 弹性理论
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 弹性理论原理
• 3.2 塑性理论
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 抗弯承载力
• 3.3 高强钢-混凝土组合梁受弯承载力计算方法
• 3.4 高强钢-混凝土组合梁组合剪切能力计算方法
• 3.5 高强钢简支组合梁挠度计算
• 3.6 小结
• 第四章 高强钢-混凝土组合梁力学性能的非线性有限元分析
• 4.1 有限元分析法概述
• 4.2 有限元分析软件 ANSYS 简介
• 4.3 有限元模型
• 4.3.1 基本假定
• 4.3.2 单元的选取
• 4.4 材料的本构关系及破坏准则
• 4.4.1 混凝土
• 4.4.2 钢材
• 4.4.3 栓钉连接件
• 4.5 建模方案
• 4.6 非线性问题分析及求解方法
• 4.6.1 非线性问题
• 4.6.2 求解方法
• 4.6.3 收敛问题
• 4.7 计算结果与试验结果分析
• 4.8 组合梁性能的影响因素
• 4.8.1 不同钢梁腹板厚度组合梁受力性能比较
• 4.8.2 不同翼板厚度组合梁受力性能比较
• 4.8.3 不同标号混凝土翼板组合梁受力性能比较
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 建议与不足
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文