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钢-混凝土连续组合梁是一种合理高效的结构形式,具有刚度大、承载力高等优点,但其性能的发挥受到负弯矩区钢梁屈曲、连接件剪切变形和混凝土开裂等因素的影响。同时,混凝土开裂及钢材屈服使连续组合梁产生明显的内力重分布。文中通过模型试验、理论分析和有限元数值计算,对负弯矩作用下组合梁的性能及连续组合梁的整体性能进行了比较系统的研究。完成的主要工作和取得的成果包括:
1.通过3根简支和5根连续组合梁的静力加载试验,研究了连续组合梁的破坏机理和破坏规律。试验表明组合梁负弯矩区钢筋与钢梁通过抗剪连接件能够有效地形成组合截面共同工作;连续组合梁在较低荷载下就已发生明显的内力重分布,其极限承载力受到负弯矩区塑性转动能力和抗剪连接程度的影响。
2.采用有限元软件对组合梁的承载力、变形、滑移、转动能力及内力重分布等性能进行了比较全面的数值分析。分析中考虑了混凝土开裂、材料非线性及滑移效应等影响因素,计算与试验结果吻合良好。
3.基于滑移微分方程,研究了多种荷载工况和边界条件下组合梁负弯矩区的弹性性能,提出了计算悬臂组合梁挠度的折减刚度法,并对连续组合梁的滑移分布和滑移应变进行了理论分析。分析表明,滑移效应对组合梁刚度的影响不可忽略,按本文提出的方法计算连续组合梁挠度有较高的精度。
4.论文对负弯矩作用下组合梁的弹性抗弯承载力,以及钢梁腹板在弯曲应力、轴向压应力和剪应力联合作用下的弹性屈曲问题进行了分析,提出的计算方法能够更准确地反映组合梁的实际受力特征。
5.论文对组合梁负弯矩区的转动能力进行了分析,得到了极限塑性转角的简化计算公式。根据对连续组合梁内力重分布规律和破坏机理的分析,提出了可供设计参考的负弯矩调幅系数。
6.在试验研究的基础上对组合梁的开裂弯矩及最小配筋率进行了理论分析。通过考虑滑移效应,进一步完善了组合梁混凝土翼缘板裂缝宽度的计算方法。
本文属于国家杰出青年科学基金资助项目(项目编号50025822)。