预应力钢-混凝土组合梁设计理论研究

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本文通过单调静力试验和理论研究,对预应力钢-混凝土组合梁的单调静力性能进行了较为系统的研究。本研究主要包括两个部分: 第一部分,通过6根非预应力钢-混凝土组合梁、5根体内预应力钢-混凝土组合梁和3根体外预应力钢-混凝土组合梁的单调静力试验,对预应力钢-混凝土组合梁的混凝土板应变、钢梁应变、纵向普通钢筋应变、预应力筋应变、截面应变分布、简支梁和连续梁跨中挠度和截面曲率、悬臂梁自由端挠度和支座处截面曲率、挠度沿梁长的分布、转向块的位移、栓钉的剪力与侧移、梁板相对滑移、塑性铰区长度、连续组合梁的内力重分布和弯矩调幅系数等随荷载的变化规律进行了研究,重点考察了截面形式、组合梁类型、栓钉间距、纵向普通钢筋配筋率、混凝土板宽度和混凝土种类等多种参数对简支组合梁和连续组合梁跨中挠度和截面曲率、悬臂组合梁自由端挠度和支座处截面曲率、组合梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、延性、梁板相对滑移、塑性铰区长度、连续组合梁的内力重分布和弯矩调幅系数等单调静力性能的影响规律。 第二部分,在本课题组及国内外研究成果的基础上,建立抗剪连接件的抗剪刚度计算公式。针对正负弯矩作用下不同预应力筋布置方案的钢-混凝土组合梁,利用应变能原理,结合锚固端处预应力筋与钢梁之间的变形协调条件,推导出考虑滑移效应的、体外预应力筋弹性应力增量和弹性应力计算公式。在此基础上,建立考虑滑移效应的、预应力筋弹性应力增量和矢高变化的、预应力组合梁变形计算公式,该公式既适用于体外预应力组合梁,也适用于非预应力组合梁和体内预应力组合梁。并基于本文第3章中组合梁的试验数据,以及国内外其他关于预应力筋弹性应力、组合梁变形的试验数据,对其进行对比验证。结果表明,采用本文公式计算预应力筋弹性应力增量和弹性应力、组合梁变形的结果与试验结果吻合良好。针对正负弯矩作用下不同预应力筋布置方案的钢-混凝土组合梁,利用变形协调条件和内力平衡方程,推导了考虑滑移效应的、体外预应力筋的极限应力增量和极限应力计算公式,在此基础上,建立了预应力钢-混凝土组合梁极限抗弯承载力的计算模型。该模型考虑了滑移效应、预应力筋极限应力增量和矢高变化的影响,且同时适用于非预应力组合梁、体内预应力组合梁和体外预应力组合梁。应用本文建议的计算公式和计算模型对本文以及国内外已有试验梁进行计算,计算值与试验结果吻合良好。
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