考虑滑移效应的钢-混凝土组合框架梁的刚度研究

组合框架梁的抗剪连接件在使用阶段将发生变形,导致构件的挠度增大,按照完全组合的换算截面法计算组合梁的挠度将得到不安全的计算结果。该文首先对考虑滑移效应的框架组合梁刚度进行研究,根据弹性理论推导了传统的完全组合梁TBM(Traditional Beam Model)模型滑移组合梁SLM(Slip Beam Model)模型的基本方程,并采用有限元方法对理论模型进行验证,说明了理论模型的准确性及合理性。对考虑滑移效应的组合框架梁刚度折减系数进行参数分析,研究了楼板的宽跨比、楼板宽厚比、板梁高度比等无量纲参数对考虑滑移效应后组合梁刚度折减系数的影响。研究发现:影响组合框架梁刚度折减系数的关键参数为抗剪连接件的剪力连接程度。在此基础上,建议了考虑滑移效应的钢-混凝土框架组合梁折减刚度系数的简化公式,公式计算结果与试验结果吻合良好,可以为组合梁的研究及设计人员提供参考。     

均布荷载作用下钢-混凝土组合梁滑移及变形的理论计算

对均布荷载作用下简支钢-混凝土组合梁的滑移及其对组合梁变形挠度影响的理论计算进行了研究。利用Goodman弹性夹层假设及弹性体变形理论,推导了简支钢-混凝土组合梁的界面滑移和挠度变形的理论计算公式。该理论公式既能描述组合梁的界面滑移规律,也体现了界面滑移对组合梁变形挠度的影响。该理论公式将为钢-混凝土组合结构极限承载力和变形挠度的有限元计算提供理论基础。     

基于整体-局部弯曲模型的钢-混凝土组合梁界面滑移及其效应分析

提出了具有界面滑移的钢-混凝土组合梁截面弯矩由不考虑滑移的整体梁承担整体弯矩和自由滑移的叠合梁承担局部弯矩的整体-局部弯曲模型。基于Bernoulli梁理论和抗剪连接件线性剪力-滑移模型,建立了截面弯矩及剪力分配的计算方法,得到了整体-局部弯曲模型计算界面滑移及考虑界面滑移的截面应力和梁弯曲挠度的公式,并给出了集中荷载作用下简支组合梁的栓钉剪力及界面滑移计算公式。     

钢-混凝土组合梁界面滑移剪切变形的双重效应分析

组合梁界面滑移将减小组合梁刚度,增大变形,影响构件性能。同时组合梁往往重载,具有较小的跨高比,剪切变形不可忽略。根据最小势能原理和变分法,建立了同时考虑滑移效应和剪切变形双重作用的挠度滑移控制微分方程,分析了滑移引起挠度增大的原因,求得了集中荷载和均布荷载作用下的挠度和滑移的解析表达式。该方法物理意义明确,推导过程简单,计算结果与实测结果吻合良好。推导了不同荷载作用下的滑移效应附加弯矩,利用附加弯矩表达公式,可直接利用结构力学挠度计算公式计算滑移对挠度的影响。     

钢-混凝土连续组合梁滑移与挠度耦合分析

钢-混凝土连续组合梁界面滑移在一定程度上减小组合梁刚度,增大变形,影响构件性能。为定量研究组合梁界面滑移对构件性能的影响,对11根钢-混凝土连续组合梁进行了静力试验,描述了连续组合梁的滑移和挠度分布规律,建立了不同边界条件和不同荷载作用下的简支组合梁滑移挠度联合微分方程组,利用叠加法建立了钢-混凝土连续组合梁滑移和挠度的解析解计算公式。利用解析公式对17根连续组合梁试件进行了计算,计算结果与实测值吻合较好。计算结果表明,剪力连接程度对挠度有一定影响,当剪力连接度达到完全连接后,增大剪力连接度对挠度影响很小;当剪力连接度在0.6~1.0范围内时,界面滑移引起的挠度增量小于5%;同时,随连续组合梁剪力连接度的降低,连续组合梁界面滑移逐渐趋近于无剪力连接的叠合板滑移值。     

整体-局部弯曲模型及其在简支组合梁中的应用

为建立钢-混凝土组合梁界面滑移及考虑界面滑移的挠曲线计算模型,基于Bernoulli梁理论和剪力连接件线性剪力-滑移模型,从梁体平衡方程、几何方程和物理方程出发,建立了基于全微分的截面弯矩和剪力分配计算方法,提出了适用于组合梁变形分析的整体-局部弯曲模型,通过引入整体弯矩分配系数,建立了组合梁界面滑移及挠度控制方程。将整体-局部弯曲模型应用于简支组合梁变形分析,利用MAPLE软件对其进行求解,得到了均布荷载、跨中集中荷载、对称集中荷载三种荷载工况下的简支组合梁界面滑移公式与挠曲线方程,与国内外已有试验结果和相关研究成果相对比,结果表明该文计算结果与实际情况吻合较好。     

均布荷载作用下工字形截面单跨超静定深梁应力计算方法研究

工字形截面单跨超静定深梁因截面形式复杂目前其应力计算仍无解析方法。该文对均布荷载作用下工字形截面单跨超静定深梁应力计算进行研究,通过引入合理的参数并对工字形截面作恰当的拆分和组合及合理假设,建立了力学模型,应用半逆解法求解,并考虑了弯剪耦合效应,给出了各应力分量的计算公式。分析了弯应力沿梁高及跨长的分布规律及剪力对弯应力的影响,结果表明剪力对弯应力的影响较大,这种影响随跨高比的减小或翼缘与腹板面积比的增大而增大。结果可为工字形截面单跨超静定深梁的设计提供概念明确的理论计算方法。     

Reddy高阶组合梁的非线性有限元分析

该文基于Reddy高阶梁理论,提出了小变形双层组合梁的隐式运动学假定;应用拉格朗日乘子法,将该隐式关系引入到组合梁的最小势能原理,得到了考虑各子梁和粘结滑移层非线性材料特性的高阶组合梁非线性位移法有限单元,且该单元可以容易地转化为非线性Timoshenko和Euler-Bernoulli组合梁有限单元。随后,该研究分别应用提出的Reddy、Timoshenko和Euler-Bernoulli组合梁有限单元对双跨连续钢-混凝土组合梁进行了准静力分析,考察剪切效应对组合梁构件的挠度、粘结层滑移和截面应力的影响,且参数分析了组合梁的跨高比对剪切效应的影响。参数分析表明:短粗组合梁结构往往表现出显著的剪切效应,Newmark假定不再适用。     

预应力钢-竹组合梁受弯挠度计算方法与试验研究

为分析预应力钢-竹组合梁的受弯挠度,以加载方式、张弦位置、预应力度为变量,对12根组合梁试件进行了设计与试验研究。在此基础上,假定梁变形分布符合正弦半波曲线,并考虑梁加载过程中几何关系变化与预应力反拱的影响,采用弹性理论建立了组合梁中预应力筋应力增量的计算方法,推导得出一点或两点加载、一点或两点张弦时,组合梁受弯挠度计算的统一公式。试验与理论计算结果的对比表明：该文提出的挠度计算方法可较好的预测组合梁在正常使用阶段的挠度;随着预应力度的增加,组合梁的等效抗弯刚度不断提高,且两点张弦时可获得更高的等效抗弯刚度。此外,对于初始预应力为零的试件,需采用可靠预紧措施,以保证体外预应力筋能够有效发挥作用。     

钢-混凝土组合梁非线性变形研究

目前,对于钢-混凝土组合梁在荷载长期效应下挠度的研究,我国现行规范是通过降低弹性模量的方法来考虑荷载的长期效应,而没有充分考虑混凝土的收缩、徐变的影响。此外,组合梁交接面的滑移对长期挠度的影响也不可忽视。综合现有研究成果,选取影响挠度的主要影响因素:混凝土的收缩、徐变和抗剪连接件的滑移进行考虑,推导出考虑混凝土的徐变、收缩和剪切件滑移的钢-混凝土组合梁长期挠度计算公式,并对一高层建筑中的两根典型组合梁进行了现场监测与分析。理论分析和实测结果表明:用现行规范中的计算方法计算出的组合梁的长期挠度值偏小,因此,对组合梁的设计和施工提出了一些建议。     

集中荷载作用下宽翼缘双箱组合梁剪滞效应分析

宽翼缘钢-混凝土组合梁结构中剪滞效应的存在将导致混凝土翼板、钢梁底板及腹板发生纵向翘曲变形,对组合梁截面应力和变形产生重要影响。为了深入分析其作用机理,该文基于最小势能原理,忽略界面滑移效应,在假定混凝土翼板、钢梁底板纵向变形沿板宽度方向呈近似抛物线分布的前提下,推导了宽翼缘双箱钢-混凝土组合梁结构考虑剪滞效应的控制微分方程。并求得在两端简支约束条件和集中荷载作用下的应力和变形解析表达式。通过数值算例,结合组合梁试验、有限元模拟三者相互比较分析,表明该文提出的方法为分析组合梁结构关于剪滞效应问题提供了理论基础,对工程应用具有一定的指导作用和参考价值。     

波形钢腹板组合槽型梁剪切挠度计算方法与试验研究

为了提出适用于波形钢腹板组合槽型梁的剪切挠度的计算方法,分析了荷载作用下组合梁的受力特点和截面上的剪应力分布规律,推导了剪应变的几何方程,提出了支反力-荷载分段函数的计算模式,通过对几何方程进行积分,建立了波形钢腹板组合槽型梁的剪切挠度计算公式。该公式能够计算多个集中荷载和均布荷载同时作用下的剪切挠度,并适用于波形钢腹板组合梁的其它截面形式。通过4片波形钢腹板组合槽型梁和1片波形钢腹板组合工形梁的静载试验和有限元分析,验证了剪切挠度计算公式的准确性。试验研究表明:对于5片缩尺试验梁,不考虑剪切变形的影响,挠度值偏小约20%,而采用该文考虑剪切变形影响的挠度公式计算的理论值与实测值吻合良好。     

钢─混凝土简支组合梁变形计算的一般公式

本文对钢─混凝土简支组合梁交接面相对滑移引起的附加变形进行了理论分析。在建立相对滑移微分方程的基础上，得到了不同荷载情况下钢─混凝土组合梁因滑移效应引起的附加变形计算公式。通过对理论公式的简化和修正，得到了考虑滑移效应和部分剪力连接组合梁挠度计算的一般公式。本文公式简单、实用，并且与实验结果吻合良好。     

钢─混凝土简支组合梁变形计算的一般公式

本文对钢─混凝土简支组合梁交接面相对滑移引起的附加变形进行了理论分析。在建立相对滑移微分方程的基础上，得到了不同荷载情况下钢─混凝土组合梁因滑移效应引起的附加变形计算公式。通过对理论公式的简化和修正，得到了考虑滑移效应和部分剪力连接组合梁挠度计算的一般公式。本文公式简单、实用，并且与实验结果吻合良好。     

新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

为研究新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁的受弯性能,以预应力、抗剪连接件数量和混凝土翼缘板有效宽度为参数,进行4根试件的受弯试验,结果表明:波纹钢能较好地与混凝土协同工作,有效加强钢-混界面,避免纵向滑移破坏的发生,但是波纹钢轴向刚度较小,几乎没有抗弯贡献;预应力和混凝土翼缘板对组合梁的抗弯贡献较大;抗剪连接件数量不足时组合梁发生纵向水平剪切破坏。在试验基础上进行有限元模型模拟计算,发现新型组合梁能充分发挥各组成部分间的组合作用,提高试件的抗弯承载力与延性;相比于直钢板组合梁,波纹钢组合梁有较好的刚度和较高的承载能力;随着混凝土强度提高,承载力略有提升;下翼缘钢板厚度增加,承载力显著提高,对刚度影响不大;刚度、承载力随预应力度提高而提高,但是延性变差。最后,建立了新型预应力外包波纹钢-混凝土组合梁受弯承载力计算公式。     

圆管翼缘钢-混凝土新型组合梁负弯矩区力学性能试验研究

为研究圆管翼缘组合梁负弯矩区的力学性能,进行了5根简支组合梁负弯矩作用下的静力加载试验,分析了试验梁的变形、应变发展规律。依据试验梁承载能力极限状态下的受力特性,采用简化塑性理论推导了圆管翼缘组合梁负弯矩区纯弯、纯剪承载力的计算公式,比较了公式对试验梁极限承载力的计算精度。对比EC4、GB 50917-2013、ASCE及Liang等公式的弯剪相关关系及对试验梁极限承载力的计算结果,提出了圆管翼缘组合梁负弯矩区弯剪相关承载力的适用计算公式。研究结果表明:试验梁在试验过程中表现出良好的稳定性和延性性能,最终破坏时伴随发生了局部剪切屈曲、下翼缘侧向屈曲、梁端腹板压屈及钢梁整体弯扭屈曲等4种典型破坏形态;当混凝土翼板受拉开裂后,不计混凝土抗剪作用的计算弹性剪应变分布较为符合实测剪应变曲线;受高剪力、高弯矩相关效应影响,计算负弯矩区圆管翼缘组合梁承载力时应考虑弯剪相关作用;GB 50917-2013给出的弯剪相关关系对试验梁极限抗弯承载力的计算平均值为96%,是综合计算精度与结果安全性的较适用公式。建议在应用所提纯弯、纯剪承载力公式的基础上,采用GB 50917-2013的弯剪相关公式计算负弯矩区圆管翼缘组合梁的弯剪相关承载力。     

钢-混凝土组合梁剪力滞效应弹性解析解

基于Gjelsvik组合梁滑移模型中引入描述组合梁翼板横向非均匀分布的纵向位移翘曲函数,建立一个能够同时考虑界面滑移和翼板剪力滞双重效应的钢-混凝土组合梁模型,并推导了简支组合梁在均布荷载和悬臂梁在梁端集中荷载作用下的解析解。采用有限元方法验证了理论模型和解析解的正确性和适用性。算例分析表明,组合梁的剪滞效应和界面滑移...     

钢-混凝土双面组合作用梁基本力学性能试验研究与数值模拟

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁基本力学性能,设计了2个两跨连续组合梁试件,对其进行静力加载试验,并与有限元模拟结果进行对比。研究结果表明:双面组合作用梁下部混凝土板可分担钢梁压力,其组合作用有利于钢梁下翼缘的稳定性,但对于腹板的稳定性不起作用。组合梁在按照完全抗剪连接进行设计时,可不考虑界面滑移的影响;与普通组合作用梁相比,双面组合作用梁抗弯刚度更大,其负弯矩区长度可延长约28.3%。相同荷载作用下,双面组合作用梁负弯矩值较低,可延缓上部混凝土板的开裂,有效控制混凝土板裂缝宽度和裂缝区范围。下部混凝土板长度按照完全抗剪连接设计的最小长度取值即可,不必过长。ABAQUS有限元模型分析结果与试验结果吻合良好,可较好地模拟组合梁受力性能。提高双面组合作用连续梁下部混凝土板的强度,可有效提高组合梁的承载力和刚度,受力更合理。     

钢-混凝土组合梁考虑剪力滞效应实用设计方法

钢-混凝土组合梁翼板剪力滞效应对组合梁截面应力和变形产生重要影响。基于组合梁弹性理论分析模型，忽略界面滑移效应，推导了简支和悬臂组合梁在均布和集中荷载作用下的应力和变形解析解。通过引入翼板有效宽度和截面有效刚度的两种简化设计方法分别考虑翼板剪力滞效应对组合梁截面应力和变形的影响。用该文提出的简化设计方法计算考虑剪力滞效...     

冷弯薄壁型钢组合楼盖面外和面内刚度试验研究及理论分析

冷弯薄壁型钢组合楼盖作为冷弯薄壁型钢结构住宅体系中主要竖向承重和水平传力构件，应具备良好的面外和面内受力性能以推动轻钢结构体系由低层向多高层发展。基于此，对冷弯薄壁型钢组合楼盖分别进行正常使用阶段抗弯刚度试验、抗弯承载力试验以及面内刚度试验，试验结果表明：组合楼盖面外最终破坏模式为C形楼盖梁在最外侧加载点处压屈破坏，面内最终破坏模式为两侧C形楼盖梁与压型钢板间自攻螺钉连接破坏，冷弯薄壁型钢组合楼盖属于部分抗剪连接的组合楼盖。设置楼面板会大幅提高组合楼盖的面内承载力、面内刚度及面内延性，混凝土组合楼盖的抗弯刚度和刚度退化程度优于石膏基自流平砂浆组合楼盖。基于组合楼盖的受力机理和破坏特征，引入C形楼盖梁与组合楼板界面滑移模量，推导了部分抗剪连接T形截面组合梁的等效抗弯刚度公式来计算楼盖的竖向挠度；建立宽翼缘深梁受力分析模型，推导出组合楼盖面内跨中位移计算方法。该文研究成果为完善冷弯薄壁型钢多层住宅体系中组合楼盖的设计计算理论提供了科学依据。