钢—混凝土组合箱梁的长期性能研究

论文摘要

钢-混凝土组合梁是指钢梁和混凝土板通过剪力连接件连接形成整体共同工作的受弯构件。在长期荷载作用下,混凝土会产生徐变收缩,而钢没有这种现象,两种材料的差异会导致截面上的应力重分布,并致使结构产生大量的附加变形,在大型、复杂的结构中,徐变收缩产生的后果相对来说更为严重,这种效应将使得连接件的负担加重,甚至可能产生大量滑移,严重影响组合箱梁钢与混凝土共同工作的性能。因此本文对组合箱梁的长期性能展开了研究,主要研究内容如下：（1）基于最小势能原理,利用变分法建立了钢-混凝土组合箱梁同时考虑了界面滑移和剪力滞效应影响的在短期荷载作用下能同时求解组合箱梁的挠度和滑移函数的联合微分方程。并求解得出了考虑剪力滞效应和界面滑移的集中荷载和均布荷载作用下的简支组合箱梁挠度和界面滑移的解析表达式。（2）利用按龄期调整的有效模量法考虑混凝土的收缩徐变,进一步建立了组合箱梁长期荷载作用下考虑剪力滞效应和界面滑移影响的挠度和滑移联合微分方程,求解得出了考虑剪力滞效应和界面滑移的均布荷载作用下的简支组合箱梁挠度和界面滑移的解析表达式,并对具体实例进行了求解。（3）利用有限元软件ANSYS对钢与混凝土组合箱梁的短、长期荷载性能进行分析,并与之前所得理论分析结果进行对比,得出了组合箱梁在长期荷载作用下的应力和变形特征。（4）利用ANSYS软件进一步对组合箱梁长期荷载作用下的力学性能进行了模拟试验,分析了包括抗剪连接程度、栓钉的布置方式、不同截面尺寸等各截面参数的变化对钢-混凝土组合箱梁长期力学性能的影响,得到了一些有益的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢-混凝土组合梁国内外的发展概况
• 1.2.1 钢-混凝土组合梁在国外的发展
• 1.2.2 钢-混凝土组合梁在国内的发展
• 1.3 相关理论的研究现状
• 1.3.1 钢与混凝土组合梁的研究概况
• 1.3.2 混凝土徐变的研究概况
• 1.3.3 钢与混凝土组合梁的徐变分析研究概况
• 1.3.4 组合梁有限元分析的研究概况
• 1.3.5 钢-混凝土组合箱梁研究概况
• 1.4 本文的主要工作
• 1.4.1 本文的意义
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 第二章 钢-混凝土组合箱梁短期荷载性能计算
• 2.1 引言
• 2.2 基本假定
• 2.3 基本微分方程的建立
• 2.3.1 最小势能原理
• 2.3.2 微分方程的推导
• 2.4 简支梁控制微分方程的求解
• 2.4.1 简支梁均布荷载作用下控制微分方程的求解
• 2.4.2 简支梁集中荷载作用下控制微分方程的求解
• 2.5 算例分析
• 2.5.1 挠度分析
• 2.5.2 滑移分析
• 2.5.3 混凝土板横向应变分布
• 2.6 本章小结
• 第三章 钢-混凝土组合箱梁长期荷载性能计算
• 3.1 引言
• 3.2 徐变及其理论
• 3.2.1 混凝士的时随性能
• 3.2.2 影响混凝土徐变收缩的因素
• 3.2.3 徐变收缩机理
• 3.2.4 收缩应变的计算方法
• 3.2.5 徐变系数的数学表达方法
• 3.2.6 徐变计算的基本方法
• 3.3 组合箱梁长期荷载作下的力学性能计算
• 3.3.1 系统各项形变势能
• 3.3.2 轴力自平衡条件
• 3.3.3 系统总势能的推导
• 3.3.4 控制微分方程的推导
• 3.4 均布荷载作用下的控制微分方程的求解示例
• 3.4.1 均布荷载作用下控制微分方程的求解
• 3.4.2 算例分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 组合箱梁考虑收缩徐变效应的非线性有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 组合箱梁考虑收缩徐变的有限元分析过程
• 4.2.1 基本假设
• 4.2.2 基本原理
• 4.2.3 组合箱梁的建模分析过程
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 应力与变形沿梁长的分布
• 4.3.2 应力与变形随时间的变化
• 4.4 本章小结
• 第五章 不同参数对组合箱梁长期受力性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 模拟试验方案
• 5.2.1 基本模型的选取
• 5.2.2 模型参数的选取
• 5.3 参数分析
• 5.3.1 栓钉布置方式
• 5.3.2 栓钉直径
• 5.3.3 栓钉间距
• 5.3.4 混凝土板的翼缘宽度
• 5.3.5 混凝土板高度
• 5.3.6 腹板间距
• 5.3.7 腹板高度
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果