中部设置型钢的混凝土梁受弯性能研究

论文摘要

由于具有承载力高、刚度大及抗震性能好等优点,型钢混凝土在实际工程中得到了越来越广泛的应用。在我国,型钢混凝土构件的抗弯研究是一个发展较晚的课题,传统的型钢混凝土梁受弯过程中,型钢整体处于受拉区,中部设置型钢的混凝土梁,型钢下部处于受拉区,上部处于受压区,由于部分型钢受压,使得中部设置型钢的混凝土梁中型钢与混凝土的共同作用要优于底部设置型钢的混凝土梁,同时提高了型钢混凝土的延性,目前对中部设置型钢的混凝土构件的抗弯性能研究不多,因此,对中部设置型钢的混凝土构件在弯矩作用下的抗弯性能进行理论分析有着重要的现实意义和广阔的工程应用前景。本文介绍了型钢混凝土抗弯构件的破坏机理和计算方法。对6根中部设置型钢的混凝土梁进行了受弯性能试验。试验得到了中部设置型钢的混凝土梁的极限荷载、荷载位移曲线、破坏形式、裂缝开展情况、跨中混凝土应变情况以及挠度曲线,分析了中部设置型钢的混凝土梁的受弯性能,验证了平截面假定。利用大型通用有限元软件ANSYS对3种不同型钢截面尺寸的H型钢混凝土受弯构件进行了数值模拟并与开展的试验进行了对比,分析结果表明通过选择合理有限元模型可以较好的预测型钢混凝土构件在受弯作用下的受力性能。通过ANSYS后处理得到了型钢混凝土受弯构件在各典型荷载步下混凝土、型钢的应力和应变的分布规律以及裂缝的形成和发展过程并进行了分析,同时考虑了H型钢截面尺寸对构件抗弯性能的影响。此外还对型钢放置在不同位置的型钢混凝土构件进行了数值分析,结果表明中部设置型钢的混凝土梁发挥了型钢的部分抗压能力,使得型钢混凝土梁应力重分布,促使混凝土和型钢能更好的共同工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 钢-混凝土组合结构分类
• 1.3 型钢混凝土结构
• 1.4 型钢混凝土结构国外应用与研究现状
• 1.4.1 日本的型钢混凝土结构
• 1.4.2 欧美的型钢混凝土结构
• 1.5 型钢混凝土结构国内应用与研究现状
• 1.6 本文研究内容和目的
• 第2章 型钢混凝土梁受弯性能试验
• 2.1 试验目的
• 2.2 构件的设计和制作
• 2.3 加载装置及测试内容
• 2.3.1 加载装置及试验仪器
• 2.3.2 试验测试方案
• 2.4 试验加载方案
• 2.5 试验现象
• 2.5.1 L1试验现象
• 2.5.2 L2试验现象
• 2.5.3 L4试验现象
• 2.5.4 L5试验现象
• 2.5.5 L6试验现象
• 2.6 试验现象总结
• 2.7 试验数据及分析
• 2.7.1 试件荷载挠度曲线
• 2.7.2 跨中混凝土应变图
• 2.7.3 试件的挠度变化图
• 2.8 本章小结
• 第3章 型钢混凝土梁理论计算研究
• 3.1 截面形式
• 3.2 型钢混凝土梁承载力计算理论
• 3.2.1 《钢与混凝土组合结构》
• 3.2.2 《钢骨混凝土结构设计规程》（YB9082-97）
• 3.2.3 《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ1 38-2001）
• 3.3 型钢混凝土受力性能力学模型
• 3.3.1 钢筋型钢力学模型
• 3.3.2 混凝土力学模型
• 3.4 基于平截面假定的受弯承载力计算
• 3.4.1 基本假定
• 3.4.2 中部设置型钢的混凝土梁正截面受弯承载力公式推导
• 3.5 中部设置型钢的混凝土梁受弯承载力算例
• 3.6 型钢混凝土梁的裂缝和变形验算
• 3.6.1 裂缝宽度验算
• 3.6.2 型钢混凝土梁挠度验算
• 3.6.3 型钢混凝土梁刚度计算方法
• 3.7 本章小结
• 第4章 型钢混凝土梁受弯性能有限元分析
• 4.1 型钢混凝土构件有限元模型
• 4.1.1 整体式模型
• 4.1.2 分离式模型
• 4.1.3 组合式模型
• 4.1.4 混凝土裂缝的处理方式
• 4.2 型钢混凝土梁受弯承载力有限元分析
• 4.2.1 有限元分析对象
• 4.2.2 H型钢混凝土梁有限元模型建立
• 4.2.3 各单元材料性质
• 4.3 型钢混凝土梁有限元模型建立
• 4.4 ANSYS有限元计算结果及分析
• 4.4.1 有限元计算结果与试验数据比较
• 4.4.2 中部设置型钢与底部设置型钢的混凝土梁数值模拟分析与比较
• 4.5 本章小结
• 结论与建议
• 参考文献
• 致谢