预应力钢-混凝土组合梁的刚度

建立了预应力钢 -混凝土组合梁考虑预应力筋在荷载作用下的内力增量和滑移效应的挠度计算模型及折减刚度的修正公式 ,计算结果与实测值吻合良好。建议的计算公式对预应力钢 -混凝土组合梁的设计具有实用参考价值     

考虑滑移效应的钢-混凝土组合梁变形计算的折减刚度法

钢梁和混凝土之间的相对滑移效应使钢-混凝土组合梁变形增大.组合梁变形计算的现行换算截面法未考虑滑移效应,导致变形计算值偏小、偏于不安全.本文提出用折减刚度法考虑滑移效应对组合梁变形的影响,建立了刚度折减系数的简化实用计算公式.利用本文方法算得的组合梁在使用荷载作用下的挠度计算值与实验结果吻合良好.     

混凝土翼板完全断开的钢-混凝土组合梁弹性刚度分析

由于结构功能的需要,常常需要在钢-混凝土组合楼板上开洞。洞口的存在将削弱组合梁的承载力及刚度。基于3根翼板完全断开的钢-混凝土组合梁的试验研究成果,利用通用有限元软件ANSYS对试验梁进行了模拟,考虑了钢与混凝土界面的滑移,结果表明,弹性有限元方法对开洞组合梁弹性刚度的计算结果准确。通过理论分析推导出了翼板完全断开的组合梁弹性换算截面对应的跨中挠度计算公式,并用不考虑滑移的弹性有限元模型进行了验证。理论公式计算结果与有限元计算结果吻合良好。有限元计算所得的钢与混凝土界面滑移曲线表明:最大滑移并未出现在梁端,而是洞口边缘的滑移最大,这一点在试验中也得到了证明。在折减刚度法的基础上,结合洞口边界条件,推导出了考虑洞口影响的钢与混凝土界面滑移所引起的开洞组合梁跨中附加挠度计算公式。通过各种计算方法的比较证明本文提出的理论公式计算结果与实测值吻合良好,同时也表明洞口开在支座边缘对于组合梁的整体刚度影响非常小,即使不考虑开洞的影响,按照未开洞的组合截面计算,带来的误差也不大。通过大量数值计算,回归出了不同荷载工况下的刚度折减系数简化计算公式,并针对实际工程中的非典型荷载工况提出了等效计算方法。本文提出的计算方法可为翼板完全断开的组合梁的正常使用阶段的挠度验算提供参考。     

Experimental study on mechanical behavior of shear studs in assembled monolithic steel-concrete composite beam

为研究装配整体式钢-混凝土组合梁中栓钉抗剪连接件的受力性能,设计了10个栓钉抗剪连接件,对其进行推出试验,得到了现浇混凝土板和预制混凝土板中栓钉抗剪连接件在单调和重复荷载作用下的界面剪力-滑移曲线以及破坏形态。结果表明：预制混凝土板中栓钉受剪承载力比现浇混凝土中栓钉受剪承载力略低,均为栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏;重复荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移明显大于单调荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移;重复荷载作用下的峰值界面剪力与单调荷载下的峰值界面剪力相当,其界面剪力-滑移曲线基本一致。     

装配整体式钢-混凝土组合梁栓钉抗剪连接件受力性能试验研究

为研究装配整体式钢-混凝土组合梁中栓钉抗剪连接件的受力性能,设计了10个栓钉抗剪连接件,对其进行推出试验,得到了现浇混凝土板和预制混凝土板中栓钉抗剪连接件在单调和重复荷载作用下的界面剪力-滑移曲线以及破坏形态。结果表明:预制混凝土板中栓钉受剪承载力比现浇混凝土中栓钉受剪承载力略低,均为栓杆剪断和栓钉根部焊缝破坏;重复荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移明显大于单调荷载作用下峰值界面剪力对应的界面滑移;重复荷载作用下的峰值界面剪力与单调荷载下的峰值界面剪力相当,其界面剪力-滑移曲线基本一致。     

钢-压型钢板混凝土组合梁计算的修正折减刚度法

由于滑移效应的影响 ,采用栓钉剪力连接件的钢 压型钢板混凝土组合梁的刚度和抗弯承载力均有所降低。本文在折减刚度法的基础上 ,建立了适用于钢 压型钢板混凝土组合梁的修正折减刚度计算公式 ,并进一步建立了考虑滑移效应影响的弹性抗弯承载力计算公式。公式计算结果与试验梁的实测值吻合良好     

钢-混凝土组合梁的挠度计算方法研究

通过定义钢-混凝土组合梁的挠度放大系数,总结了不同计算方法得到的挠度放大系数计算公式,通过作图分析了各种计算方法的特点及适用范围。对比分析了不同荷载形式下两端简支梁以及不同边界条件下单跨组合梁受均布荷载作用时的挠度放大系数与精确解的误差;与已有试验结果对比发现改进折减刚度法得到的计算值与试验值吻合较好,表明改进折减刚度法可应用于单跨钢-混凝土组合梁的挠度计算,公式简单,计算方便,精度较高。     

基于三角级数解的钢-混凝土组合梁弹性弯曲变形计算方法

目前针对考虑界面滑移效应的钢-混凝土组合梁的弯曲变形计算公式缺乏广泛适应性,不便于组合梁结构设计。为此,采用三角级数构造组合梁弹性弯曲变形和界面滑移的位移函数,根据最小势能原理和变分法,推导了简支组合梁在不同荷载类型下的弹性弯曲变形和界面滑移的计算公式,进而得到考虑滑移效应的组合梁抗弯刚度和界面滑移值的统一显式解。通过与大量已有文献中的试验值和既有计算方法比较,验证了其有效性和准确性。结果表明：根据三角级数解推导出的钢-混凝土组合梁弯曲刚度计算公式简洁直观,物理意义明确,结果可靠,所提出的方法适用于精确计算正常使用状态下组合梁弯曲变形。     

混凝土翼板开洞钢-混凝土组合梁的试验研究及刚度分析

对9根混凝土翼板开洞的钢-混凝土组合梁进行了试验研究,试件变化的参数主要为洞口的大小及位置。试验表明,根据不同的荷载工况和洞口位置,翼板开洞组合梁有两种不同的破坏形式。针对不同的洞口特征参数,对多种荷载工况下组合梁的刚度进行了研究,得到了考虑滑移效应的混凝土翼板开洞钢-混凝土组合梁的刚度计算公式,计算结果与实测值吻合良好,该方法可供设计参考。     

钢-混凝土组合梁抗裂性能的试验研究

为研究钢-混凝土连续组合梁的受力性能,特别是体外预应力对抗裂性能和刚度的影响,完成3根反向加载的简支组合梁和3根2跨连续组合梁的静力加载试验,其中包括2根在钢梁和混凝土板内折线布筋的体外预应力组合梁。试验表明:非预应力组合梁在负弯矩作用下的开裂荷载较低,连续梁在较低荷载下就会由于混凝土开裂而发生明显的内力重分布,且横向钢筋间距对裂缝间距具有一定影响;折线布筋的体外预应力组合梁开裂荷载增大,裂缝间距和裂缝宽度明显减小,且相同荷载下的挠度下降,说明体外预应力可有效改善组合梁的综合受力性能。此外,预应力作用对组合梁的滑移分布有较明显影响。     

预应力钢-混凝土连续组合梁的变形分析

对预应力钢-混凝土连续组合梁在正常使用极限状态下的变形计算进行分析。分析考虑钢与混凝土之间的滑移效应,建立简化计算模型,并在此基础上,提出混凝土支座开裂区长度以及预应力筋内力增量的计算公式,给出两跨预应力连续组合梁跨中挠度的计算图表。分析结果表明,两跨预应力连续组合梁变形计算公式计算正常使用极限状态预应力筋的内力值精度较高,不考虑预应力筋内力增量的变形计算值较试验值偏大,考虑预应力筋内力增量的变形计算值精度有明显提高,与试验结果吻合较好,可供工程设计参考。最后在两跨预应力连续组合梁变形计算公式的基础上提出预应力连续组合梁变形计算的通用方法。     

部分外包混凝土简支组合梁受弯性能试验研究

为了研究部分外包混凝土组合梁在正弯矩作用下的受力性能,考察钢梁腹部钢筋混凝土对组合梁承载力及刚度的影响,对4根简支梁试件进行了试验研究,其中包括1根普通钢-混凝土组合梁试件和3根钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式的部分外包组合梁试件。试验结果表明：钢梁腹板与腹部混凝土界面采用不同连接方式对部分外包组合梁的受弯承载力和刚度没有显著的影响;与普通钢－混凝土组合梁相比,由于钢梁腹部钢筋混凝土的贡献,部分外包组合梁的受弯承载力和抵抗变形的能力均有较大的提高;承载力极限状态时部分外包组合梁中钢梁与腹部混凝土之间的相对滑移值较小,其滑移效应对组合梁截面受弯承载力的影响可以忽略不计。在试验研究的基础上,推导了部分外包组合梁塑性受弯承载力的计算公式,计算结果表明,简化塑性理论可以较准确地预测该类组合梁的受弯承载力。     

考虑滑移效应的钢—混凝土组合梁的挠度计算

钢梁与混凝土之间的相对滑移效应使钢与混凝土组合梁变形增大。采用折减系数的等效刚度所计算的梁的挠度考虑了滑移效应对组合梁变形的影响，与实验结果吻合良好。     

预应力钢-混凝土连续组合梁的变形分析

对预应力钢-混凝土连续组合梁在正常使用极限状态下的变形计算进行分析。分析考虑钢与混凝土之间的滑移效应,建立简化计算模型,并在此基础上,提出混凝土支座开裂区长度以及预应力筋内力增量的计算公式,给出两跨预应力连续组合梁跨中挠度的计算图表。分析结果表明,两跨预应力连续组合梁变形计算公式计算正常使用极限状态预应力筋的内力值精度较高,不考虑预应力筋内力增量的变形计算值较试验值偏大,考虑预应力筋内力增量的变形计算值精度有明显提高,与试验结果吻合较好,可供工程设计参考。最后在两跨预应力连续组合梁变形计算公式的基础上提出预应力连续组合梁变形计算的通用方法。     

预制装配式栓钉连接件钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为适应装配式钢-混凝土组合梁的发展需求,研究了一种将带预制圆孔的混凝土板与焊接栓钉的钢梁安装定位后在预制孔内后填充高强填料以固定栓钉连接件的预制装配式钢-混凝土组合梁.通过梁式试验获得了该装配式组合梁的极限承载力、荷载-挠度关系、界面荷载-滑移关系以及截面的应变分布规律,并与普通现浇钢-混凝土组合梁的抗弯力学性能进行对比分析.试验结果表明:所有试验组合梁均发生弯曲破坏,装配式组合梁的抗弯承载能力稍好于现浇组合梁的抗弯承载能力.采用我国现行《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)的组合梁塑性设计方法可偏于安全地预测该装配式组合梁的抗弯承载力,该组合梁预制装配方法可供工程实践参考.     

外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁试验研究

提出了一种外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁,为研究其受弯及滑移性能,进行了6根简支组合梁的静力加载试验,重点考察抗滑移连接度的变化对组合梁受力性能的影响,对试件的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和荷载-滑移分布曲线等进行了分析。试验结果表明,随着抗滑移连接度的降低,试件的抗弯承载能力和延性均随之降低;组合梁中纵筋的设置将有效提高组合梁的抗弯承载力和抗滑移连接度,使得发生弯曲破坏的组合梁延性降低,发生滑移破坏的组合梁延性提高;考虑外包花纹钢梁和混凝土之间的粘结滑移,给出了部分抗滑移连接外包花纹钢-压型钢板混凝土组合梁的极限受弯承载力计算公式,理论计算值与试验值吻合较好。     

外壳预制核心现浇装配整体式钢筋混凝土柱的抗弯性能试验研究

制作了2根外壳预制核心现浇装配整体式钢筋混凝土柱(以下简称RC柱)和1根现浇对比RC柱试件,进行新型装配整体式RC柱的抗弯承载力试验研究,分析比较两类RC柱的破坏过程、破坏模式、荷载-位移特性、主筋应变发展特点及开裂荷载和极限承载力。研究表明:新型装配整体式RC柱与现浇RC柱具有相同的抗弯承载力特性;基于试验研究,进一步探讨新型。装配整体式RC柱极限承载力的计算理论,为该类RC柱的设计提供参考。     

木-混凝土组合梁变形计算的修正折减刚度法

为得到木-混凝土组合梁弹性阶段弯曲变形的计算方法,基于钢-混凝土组合梁折减刚度法的研究思路,提出适用于木-混凝土组合梁挠度计算的修正折减刚度法,利用试验结果对此计算方法进行验证,并与钢-混凝土组合梁的折减刚度法进行对比。结果表明,相比钢-混凝土组合梁的折减刚度法,修正折减刚度法计算精度更高,能够较准确地反映木-混凝土组合梁的变形能力。当木-混凝土组合梁连接件单位长度刚度较大且跨度较大时,可以考虑采用折减刚度法近似计算木-混凝土组合梁挠度。     

胶合木-混凝土组合梁抗弯刚度分析

结合正常使用阶段胶合木-混凝土组合梁的梁截面受力特点和对试验资料分析,建立了胶合木-混凝土组合梁刚度计算模型,提出了考虑滑移影响后的简化抗弯刚度公式,使组合梁的抗弯刚度公式得到优化。为验证公式正确性,设计并建造了3根剪力连接程度不同的胶合木-混凝土组合梁构件。通过加载试验,结果表明:理论推导公式与试验结果吻合较好,传统抗弯刚度计算公式不再适用于组合梁,应给以适当折减。     

考虑界面滑移效应的组合梁自振频率计算的修正折减刚度法

为建立考虑界面滑移效应的组合梁自振频率实用计算方法,将静力折减刚度法与基于Euler梁模型的理论解析结果进行对比,揭示了静力折减刚度法计算组合梁自振频率的局限性。提出了组合梁自振频率计算的修正折减刚度法,拓展了静力折减刚度在动力计算中的适用范围,且有效统一了考虑滑移效应的组合梁静、动力分析中刚度的计算。基于4根跨度3.8m的简支钢-混凝土组合梁的模态试验结果,对修正折减刚度法进行了验证,结果表明：相比于静力折减刚度法,修正折减刚度法在组合梁自振频率计算中的适用范围更广,且计算精度更高;修正折减刚度法的计算精度与解析公式较为接近,且该方法是通过对广为接受的静力折减刚度法进行修正而得到,相比于解析方法更易被工程设计人员接受。