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。     

考虑层间滑移的多层组合梁挠度计算

目前对组合梁的研究大多集中在两层组合梁,对多层组合梁的研究甚少。该文推导了考虑各层层间滑移的多层组合梁控制方程,求解了其在均布荷载与简支边界条件下的挠度计算的解析表达式,给出了挠度放大系数公式,结合规范中的折减刚度法,可以方便地用于工程设计。     

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。     

组合梁疲劳后的刚度退化规律及计算模型

为了研究钢-混凝土组合梁在疲劳荷载作用下刚度的退化规律,设计并制作了6根栓钉试验梁进行了静力和疲劳试验。该研究对比了不同疲劳加载次数后试件的破坏形态,重点分析了组合梁在疲劳加载过程中荷载-挠度曲线、残余挠度以及相对滑移量的变化情况;将疲劳试验过程中每根试验梁的刚度退化与残余挠度、相对滑移增长之间作了相关性分析,探讨组合梁刚度退化的实质原因;基于刚度退化函数,通过试验数据拟合,建立了用于计算钢-混凝土组合梁刚度退化计算模型。结果表明:在疲劳荷载作用下,组合梁刚度会发生不可逆的退化,刚度退化实际上是材料疲劳损伤和抗剪连接程度退化的宏观表现;随疲劳循环次数增加,组合梁刚度退化规律呈现明显的"S"型单调递减趋势;该研究建立的组合梁刚度退化规律模型,计算值与试验值吻合良好,具有一定的适用性。该研究成果为组合梁疲劳荷载作用后刚度退化模型的建立提供了一种思路和方法。     

考虑多组件疲劳损伤的组合梁剩余承载力计算方法及试验验证

针对现行规范中无法计算钢-混凝土组合梁在疲劳后的剩余承载力问题，提出考虑多组件疲劳损伤的组合梁剩余承载力的计算方法。基于材料剩余强度理论，分别引入组合梁各组件（混凝土板、钢梁和栓钉连接件）在疲劳荷载作用下的强度衰减模型；对疲劳荷载作用下的组合梁进行受力分析，得到在既定疲劳荷载幅值下各组件的疲劳应力幅；将各组件的疲劳损伤计入钢-混凝土组合梁剩余抗弯承载力计算中，并考虑疲劳加载过程中组合梁抗剪连接度的变化，建立完全抗剪连接和部分抗剪连接两种情形下的组合梁剩余承载力计算方法，并通过6个试验梁的剩余承载力试验进行验证。研究结果表明:在疲劳荷载作用下，组合梁的抗剪连接度逐渐降低，剩余承载力退化明显且不可忽略。该文建立的组合梁剩余承载力计算方法的计算值与试验值吻合较好，具有良好的计算精度与适用性，补充并完善了现有组合梁承载力的计算方法。     

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。     

强化有限元的考虑界面滑移的组合梁数值模拟

该文针对组合梁结构连接界面的非线性效应,采用物理区域与单元网格相独立的策略,并引入无厚度界面单元模拟界面的非连续变形,建立了基于强化有限元的考虑界面滑移的组合梁分析模型。该文所采用的物理区域与单元网格相独立的强化有限元,数学单元和物理单元在空间上重合不再是必要条件,可以根据物理单元力学描述的需要选择数学单元的大小和形状。同时一个单元内可以分成多个区域,各分区可以是不同的材料,可以具有不同的几何形状,可以具有不同的受力特点,如板、梁等,从而可以大大减少复杂结构的网格数量。该文方法可以快速便捷得到剪切连接件抗剪刚度从零变化到无穷大时所对应的挠度、界面滑移以及截面应力的变化,可以直观地确定出抗剪刚度能够充分发挥作用的区间,为实际工程设计中确定经济合理的抗剪刚度提供依据。该文方法计算效率高,可以适用于实际工程复杂变截面及空间结构的计算分析,尤其是规模庞大、受力分析繁琐的桥梁结构。     

组合梁考虑滑移效应时的挠度实用算法探讨

当钢－混凝土组合合梁中采用栓钉等柔性抗剪连接件,会在钢－混凝土交界面上造成滑移;若组合梁按部分剪力连接来设计,则滑移对梁在使用载荷下挠度大小的影响更加显著,在设计时不应予以忽略,目前已有若干实用公式被推荐 用于组合梁存在滑移时挠度的设计计算。     

组合梁界面滑移的计算分析

钢-混凝土组合梁(以下简称组合梁)的界面滑移总是存在的,滑移的存在会降低组合梁的组合作用和刚度,增大挠度,要计算组合梁界面的滑移及挠度,对于简支梁在简单荷载情况下,还可得到解析解,但对于连续梁要得到解析解是十分困难的,另外简支梁的解析解十分冗长,实际运用十分不便。用有限元法计算组合梁的滑移和挠度将是很有效的,不受荷载及支撑条件限制,而有限元法的关键是单元刚度矩阵,该文用虚功原理推导了组合梁的单元刚度矩阵,并用自编的有限元程序对组合梁的滑移和挠度进行了计算,在简支情况下与解析解进行了对比和验证,误差很小,在1%以内。该文推导的单元刚度矩阵可用于小型的自编有限元软件,为快速经济地解决相关的大量实际工程问题奠定了基础。     

钢-混凝土组合梁动力折减系数研究

考虑钢梁与混凝土板之间的滑移,对钢-混简支组合梁的基本动力方程进行了理论推导和分析。在此基础上,考虑到组合梁与普通梁的不同力学特性,提出了适于组合梁动力计算的"刚度折减系数"和"频率折减系数",并与《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中的公式进行了比较分析,给出了动力刚度折减系数和频率折减系数表达式。结果表明,在组合梁的动力计算中,不能直接套用静力计算的公式来计算组合梁的等效刚度,否则会引起较大的误差。     

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。     

组合梁在负弯矩作用下的刚度分析

为探讨组合梁在负弯矩作用下钢梁与混凝土板之间的滑移效应以及混凝土与纵向钢筋之间的粘结滑移对截面刚度的影响,建立了考虑以上两种滑移效应的组合梁受力模型,并结合试验进行了理论推导和对比分析。结果表明,即便按照完全剪力连接设计的组合梁,滑移效应仍在一定程度上产生了附加曲率,使组合梁的截面刚度比按照换算截面法得到的刚度降低(10%~20%左右),在设计时不可忽略。本文同时推导了计算悬臂组合梁挠度的公式,并为有关连续组合梁刚度的进一步试验研究提供了依据。     

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-混凝土组合梁收缩徐变分析的有限元方法

基于按龄期调整的有效模量法,提出了部分剪力连接钢-混凝土组合梁在长期荷载作用下收缩徐变分析的简化有限元模型,并通过建立特殊的剪力连接件单元刚度矩阵和利用Newton-Raphson迭代方法考虑滑移效应,同时考虑了负弯矩区混凝土板开裂对组合梁刚度和强度的影响。利用该模型计算了连续组合梁在长期荷载作用下的挠度、应力、滑移量,计算结果与已有的理论计算结果和实验结果吻合,证明本模型用于分析钢-混凝土组合梁收缩徐变是可靠的。     

腹板开洞钢-混凝土组合梁抗剪承载力试验研究

为研究腹板开洞组合梁在静载作用下的竖向抗剪性能,共进行了5根腹板开洞组合梁和1根对比组合梁在集中荷载作用下的实验。试件均为完全剪力连接,主要变化参数为混凝土板厚和配筋率。加载方式为单调静力加载,实验测量内容为竖向荷载、挠度、滑移、截面应变等。试验结果表明:腹板开洞显著地降低了组合梁的刚度和承载力,洞口区域截面纵向应变不再满足平截面假定。增加混凝土板厚能有效地提高组合梁的承载力,增加混凝土板的配筋率能有效地提高组合梁的变形能力。洞口上方混凝土翼板承担了大部分剪力,混凝土翼板对腹板开洞组合梁的竖向抗剪承载力有较大的贡献。研究为腹板开洞组合梁的应用提供了实验依据。     

部分剪力连接钢──混凝土组合梁受弯极限承载力的计算

钢─混凝土组合梁在受弯承载力和变形许可的条件下采用部分剪力连接对于方便施工和降低造价等都是有利的。部分剪力连接对组合梁的受弯极限承载力和变形均有影响。本文通过对4根部分剪刀连接组合梁的试验研究和对国内外8根部分剪力连接组合梁受弯极限承载力的分析,建立了考虑剪力连接程度影响的组合梁受弯极限承载力计算公式。结果表明,按照本文公式得到的计算值与实测值吻合良好。     

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...