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钢-混凝土连续组合梁负弯矩区由于混凝土受拉、钢梁受压等不利因素的存在,导致结构在较低的静载作用下呈现复杂的非线性行为,在移动车辆、风浪等疲劳荷载的长期作用下,往往进一步影响结构的使用性能和耐久性能。本文采用模型试验、理论分析和数值模拟相结合的方法,对静力和疲劳荷载作用下组合梁负弯矩区的受力性能、裂缝发展规律以及结构变形和裂缝宽度的计算方法等方面进行了系统的研究。主要的研究工作包括:
(1) 选取栓钉和PBL两种剪力件,在保持抗剪连接程度一致的基础上设计、制作了对应的试验梁,通过静力加载倒置试验梁来模拟负弯矩作用下组合梁的受力特性,并分析了试件的承载性能、破坏形态、荷载-变形曲线、混凝土应变、钢筋应变、钢梁应变、剪力件应变、相对滑移以及裂缝发展规律等一系列试验结果。
(2) 以试验梁极限承载力和裂缝发展规律等静力测试结果为依据确定疲劳荷载等级,进一步开展了负弯矩作用下组合梁的疲劳性能试验。通过对加载过程的观测及试验结果的分析,探讨了疲劳荷载作用下组合梁负弯矩区的破坏形态、疲劳寿命、各构件疲劳变形以及裂缝发展规律等。
(3) 基于部分预应力混凝土梁的研究成果,给出了适用于使用荷载下组合梁负弯矩区首次预裂卸载残余挠度的计算模型;基于钢梁与混凝土界面的残余滑移微分方程及栓钉推出试件的残余滑移计算方法,推导出了负弯矩作用下组合梁疲劳加载过程中残余挠度的计算模型;在计算疲劳荷载作用下负弯矩区的瞬时挠度时考虑了开裂混凝土受拉刚化效应和界面滑移效应,进一步给出了负弯矩区跨中总挠度的计算方法。
(4) 在既有计算模式的基础上引入横向钢筋间距这一影响因素,通过对一系列试验数据的回归分析得到了组合梁负弯矩区平均裂缝间距的修正模型;综合考虑钢筋和混凝土间黏结应力-滑移关系、钢梁与混凝土界面的滑移效应、混凝土收缩应变以及拉伸硬化效应,基于黏结-滑移理论建立了静力荷载作用下组合梁负弯矩区裂缝宽度数值计算模型;在裂缝宽度静力分析模型的基础上,选取合适的疲劳本构关系和裂缝位置处钢筋疲劳应力计算方法,建立了疲劳荷载作用下组合梁负弯矩区裂缝宽度的计算模型。
(5) 利用有限元软件ANSYS对有/无CFRP增强的组合梁负弯矩区静力性能进行了数值模拟和参数分析。
(1) 选取栓钉和PBL两种剪力件,在保持抗剪连接程度一致的基础上设计、制作了对应的试验梁,通过静力加载倒置试验梁来模拟负弯矩作用下组合梁的受力特性,并分析了试件的承载性能、破坏形态、荷载-变形曲线、混凝土应变、钢筋应变、钢梁应变、剪力件应变、相对滑移以及裂缝发展规律等一系列试验结果。
(2) 以试验梁极限承载力和裂缝发展规律等静力测试结果为依据确定疲劳荷载等级,进一步开展了负弯矩作用下组合梁的疲劳性能试验。通过对加载过程的观测及试验结果的分析,探讨了疲劳荷载作用下组合梁负弯矩区的破坏形态、疲劳寿命、各构件疲劳变形以及裂缝发展规律等。
(3) 基于部分预应力混凝土梁的研究成果,给出了适用于使用荷载下组合梁负弯矩区首次预裂卸载残余挠度的计算模型;基于钢梁与混凝土界面的残余滑移微分方程及栓钉推出试件的残余滑移计算方法,推导出了负弯矩作用下组合梁疲劳加载过程中残余挠度的计算模型;在计算疲劳荷载作用下负弯矩区的瞬时挠度时考虑了开裂混凝土受拉刚化效应和界面滑移效应,进一步给出了负弯矩区跨中总挠度的计算方法。
(4) 在既有计算模式的基础上引入横向钢筋间距这一影响因素,通过对一系列试验数据的回归分析得到了组合梁负弯矩区平均裂缝间距的修正模型;综合考虑钢筋和混凝土间黏结应力-滑移关系、钢梁与混凝土界面的滑移效应、混凝土收缩应变以及拉伸硬化效应,基于黏结-滑移理论建立了静力荷载作用下组合梁负弯矩区裂缝宽度数值计算模型;在裂缝宽度静力分析模型的基础上,选取合适的疲劳本构关系和裂缝位置处钢筋疲劳应力计算方法,建立了疲劳荷载作用下组合梁负弯矩区裂缝宽度的计算模型。
(5) 利用有限元软件ANSYS对有/无CFRP增强的组合梁负弯矩区静力性能进行了数值模拟和参数分析。