【摘 要】
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组合扁梁因其能够有效降低建筑层高和提高防火能力已经被广泛应用于钢-混凝土组合结构住宅建筑中。然而,传统组合扁梁截面高度通常较小,其抗弯承载力和抗弯刚度相对较低,这无疑在一定程度上削弱了组合扁梁在实际工程中的应用。因此,本文通过设计新型截面,提出了一种拼接式钢-混凝土组合扁梁结构形式用以改善传统组合扁梁抗弯承载力和抗弯刚度低的问题。本文通过设计三根拼接式钢-混凝土组合扁梁并对其进行四点弯曲试验,分别
【基金项目】
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陕西教育厅青年创新团队建设科研计划项目21JP138；
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组合扁梁因其能够有效降低建筑层高和提高防火能力已经被广泛应用于钢-混凝土组合结构住宅建筑中。然而,传统组合扁梁截面高度通常较小,其抗弯承载力和抗弯刚度相对较低,这无疑在一定程度上削弱了组合扁梁在实际工程中的应用。因此,本文通过设计新型截面,提出了一种拼接式钢-混凝土组合扁梁结构形式用以改善传统组合扁梁抗弯承载力和抗弯刚度低的问题。本文通过设计三根拼接式钢-混凝土组合扁梁并对其进行四点弯曲试验,分别考察了不同抗剪形式（仅靠型钢混凝土粘结力抗剪的试件SB-Bs和仅靠槽型抗剪连接件抗剪的试件SB-Wb）和不同槽型抗剪连接件布置间距（布置间距为150mm的试件SB-Wb和布置间距为300mm的试件SB-Wb2）对拼接式钢-混凝土组合扁梁抗弯性能的影响。与此同时,在等效应力法和等效矩形应力图法的基础上,推导了拼接式钢-混凝土组合扁梁抗弯承载力和抗弯刚度计算公式。紧接着通过大型有限元分析软件ABAQUS对三个试件进行模拟,并设计了不同参数的有限元模型,通过将模拟结果和公式结果进行对比验证了本文计算公式的准确性。另外,探究了不同参数对拼接式钢-混凝土组合扁梁抗弯性能的影响。主要结论如下:（1）试件SB-Bs、试件SB-Wb和试件SB-Wb2均为延性破坏且裂缝分布情况大致相同,主要位于加载点两侧区域;另外,在受力过程中,三个试件中的型钢和混凝土沿横截面方向的横向和纵向应变分布情况相似,这表明两种材料组合效果良好;在极限状态下,三个试件中的型钢和混凝土之间均未出现明显的相对滑移（端部滑移动分别为1.1mm、0.36mm和0.63mm）,这说明三个试件均达到了完全剪力连接。（2）通过对比不同抗剪形式拼接式钢-混凝土组合扁梁（试件SB-Bs和试件SBWb）抗弯性能发现相较于仅靠槽型抗剪连接件抗剪的试件SB-Wb,仅靠型钢-混凝土粘结力抗剪的试件SB-Bs抗弯性能和延性更好。通过对比不同槽型抗剪连接件布置间距拼接式钢-混凝土组合扁梁（试件SB-Wb和试件SB-Wb2）抗弯性能发现随着槽型抗剪连接件布置间距的增加,延性得到了一定程度的增加,峰值荷载降低,但降低幅度不足1%。（3）在等效应力法和等效矩形应力图法的基础上,采用极限平衡法推导了不同剪力连接（部分剪力连接和完全建立连接）拼接式钢-混凝土组合扁梁抗弯承载力公式并通过与试验结果进行对比发现误差小于3%,这表明了本文所提出的计算公式较为准确。另外,采用换算截面法推导了拼接式钢-混凝土组合扁梁在弹性阶段的抗弯刚度计算公式。（4）通过建立5个不同剪力连接系数的有限元模型,验证了部分剪力连接拼接式钢-混凝土组合扁梁抗弯承载力公式;结果表明:5个模型的公式结果、模拟结果的最大误差在6%左右。通过对比不同剪力连接系数有限元模型的抗弯性能发现:随着剪力连接系数的降低（1～0.6）,拼接式钢-混凝土组合扁梁的抗弯承载力逐渐降低,最大降低幅度为8%,但组合扁梁中的型钢与混凝土界面上剪切应力的重分布能力逐渐增加。（5）通过建立9个不同截面尺寸的有限元模型,进一步验证了完全剪力连接拼接式钢-混凝土组合扁梁抗弯承载力和抗弯刚度公式;结果表明:9个模型的抗弯承载力和抗弯刚度公式结果和模拟结果的误差均小于5%。通过对比不同参数影响下有限元模型的抗弯性能发现:提高混凝土强度和增加混凝土板尺寸（宽度和厚度）可以同时提升组合扁梁的抗弯承载力和抗弯刚度,增加幅度在2.2%～22.9%之间。
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