模块化钢结构建筑因其独特的建造方式在缩减工期和保护环境等诸多方面均具有明显优势,因而在现代建设中取得越来越广泛的应用。模块间连接程度是影响模块化钢结构建筑整体力学性能的关键,传统模块化建筑中模块间均为角点连接,而相邻构件独立工作,为提高柱承式模块化钢结构建筑的整体性,本文将上下模块相邻楼板梁和天花板梁进行叠合连接以形成整体叠合钢梁,从而加强模块化钢结构建筑中上下模块间的相互约束程度和整体结构力学性能。为研究模块化钢结构建筑中楼板梁和天花板梁叠合受弯力学性能,本文开展了足尺叠合钢梁受弯加载试验研究、精细化及简化有限元分析和理论分析,从而对叠合钢梁受弯性能及力学模型进行系统研究。主要研究内容和研究成果如下:(1)研究了竖向荷载作用下叠合钢梁受弯性能。对7根足尺槽钢单梁和不同叠合连接的槽钢叠合梁试件进行四分点加载受弯试验,并采用DIC方法监测叠合面滑移行为,从而分析竖向荷载作用下楼板梁和天花板梁叠合受弯特性。结果表明:叠合钢梁在竖向荷载作用下发生跨中挠曲大变形破坏,叠合面且产生明显的滑移行为。相对于独立受弯双梁,叠合钢梁受弯承载力和受弯刚度均明显提高,随着叠合面连接程度的增加,上下层梁相对剪切-滑移刚度逐渐加强。螺栓连接双梁结构层梁应变中性轴趋近于叠合面发生一定的转移,且随着层间剪切-滑移刚度的增加,层梁应变中性轴转移程度随之提高,叠合钢梁整体受弯性能提高更为明显,叠合面剪切连接刚度对双梁叠合受弯效应影响显著。(2)研究了水平荷载作用下叠合钢梁受弯性能。对4榀足尺模块化钢结构叠合梁柱单元试件进行抗侧试验,分析层梁叠合作用对模块化建筑整体力学性能的影响,并着重研究梁端反弯矩荷载作用下叠合钢梁受弯性能。结果表明:梁端反弯矩荷载作用下,叠合钢梁发生整体反对称弯曲变形,且梁端区域弯曲变形最为明显,叠合面产生一定的同向滑移现象。相对于纯摩擦叠合钢梁,螺栓连接叠合钢梁具有较高的反对称弯曲刚度和承载性能。叠合钢梁反对称受弯性能与层梁应变中性轴转移紧密相关,中性轴转移程度是双梁结构叠合受弯效应的标志性特征。(3)研究了叠合面力学行为并建立了剪切滑移模型。叠合面剪切滑移力学行为是分析双梁结构叠合受弯效应的关键,对叠合钢梁进行精细化有限元建模,从而分析竖向荷载和梁端反弯矩荷载作用下双梁叠合面滑移行为及荷载分布。建立叠合钢梁受弯基本微分方程,从而得到叠合钢梁相对滑移理论模型。结果表明:叠合面滑移行为是导致叠合钢梁受弯承载失效的重要因素,叠合钢梁在竖向荷载作用下叠合面产生反对称相对滑移,而梁端反弯矩荷载作用下双梁叠合面产生抛物线分布滑移且在跨中截面产生滑移峰值。叠合面切向摩擦荷载和螺栓剪切荷载分布规律与相对滑移分布规律保持一致,随着双梁层间螺栓连接的增加,叠合面剪切-滑移刚度逐渐提高,叠合面滑移幅值相应减小。基于叠合钢梁受弯基本微分方程,推导了不同荷载类型、不同边界条件及不同剪切连接程度的叠合钢梁相对滑移理论方程,从而为建立考虑叠合面滑移的叠合钢梁初始等效弯曲刚度及挠曲线模型奠定了基础。(4)研究了楼板梁和天花板梁叠合受弯机理。开展276组叠合钢梁简化有限元参数分析,探讨各因素对叠合钢梁整体受弯性能的影响规律。基于参数分析结果,并结合叠合钢梁受弯性能试验研究及叠合面力学行为研究结果,揭示楼板梁和天花板梁叠合受弯机理。结果表明:叠合钢梁受弯承载性能与叠合面摩擦系数保持正相关线性关系,螺栓数量变化对叠合钢梁受弯力学性能影响更为显著,双梁结构整体受弯刚度和受弯承载力随螺栓数量增加而明显提高。相对于独立受弯双梁,叠合钢梁受弯承载机制发生明显改变,楼板梁和天花板梁协同承载,双梁叠合面产生法向和切向荷载,双梁结构产生相互约束作用。层梁间剪切连接有效限制了楼板梁和天花板梁相对滑移行为,双梁结构整体性得以加强。上下双梁中性轴趋近于叠合面发生转移,双梁结构表现出一定的整体梁受弯力学特征,因而叠合钢梁具有更优越的受弯力学性能。(5)建立了叠合钢梁初始受弯刚度及受弯承载力学模型。基于叠合钢梁截面应变基本物理方程,并结合叠合面滑移理论方程,推导了上下层梁的应变中性轴转移理论方程,并基于此建立叠合钢梁等效初始弯曲刚度模型,从而量化研究了楼板梁和天花板梁的叠合受弯效应。基于等效初始弯曲刚度理论模型建立叠合钢梁竖向荷载-挠度曲线理论公式和梁端反弯矩-转角曲线理论公式,叠合钢梁受弯承载力学模型与试验研究及有限元分析对比结果充分验证了理论研究成果可靠性,叠合钢梁受弯承载力学模型为模块单元优化设计及整体模块化钢结构建筑设计提高重要依据。该论文有图94幅,表12个,参考文献165篇。