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本文对两种新型钢筋混凝土叠合梁(简称叠合梁一、二)的受力性能与设计方法等进行了较为系统的研究。主要研究工作包括以下四方面:
静力性能基于单调正、反向荷载下的足尺模型试验,对叠合梁的破坏形态、截面整体工作性能、正负弯矩截面抗弯承载力及延性等进行研究。研究结果表明:单调正、反向荷载下,所有试件均发生了弯曲破坏;叠合梁的正弯矩截面抗弯承载力较现浇对比梁的低4%~12%,负弯矩截面抗弯承载力低7%左右;试件的正、反向曲率延性系数分别大于5.7和9.2,叠合梁的正、反向曲率延性分别较相应的现浇梁低15%和6%左右;本文所采取的叠合面抗剪构造措施是非常有效的;按“拉力对等”原则设计的预制板拼缝拉结筋能够充分发挥作用,但是基于提高结构安全性的考虑,建议在今后设计中适当增加拉结筋的面积。
抗震性能在静力性能研究的基础上,通过低周反复荷载下的足尺模型试验,研究上述叠合梁的破坏形态、滞回曲线、延性、刚度退化、耗能能力等,其主要结论如下:试件的破坏形态与单调荷载下的相似;叠合梁与现浇梁的滞回曲线形状相似,且均具有较好的耗能能力;叠合梁的正、负弯矩截面抗弯承载力分别较现浇梁的约低10%和5%;所有试件的正、反向曲率延性系数均大于4.0,叠合梁的正、反向曲率延性分别较现浇梁的低5%和25%左右;与单调荷载下的情况相比,低周反复荷载下叠合梁的正截面抗弯承载力、曲率延性、变形能力等均有着不同程度的下降;本文研究的两种钢筋混凝土叠合梁与现浇梁的总体性能均较为接近,两种叠合梁的综合受力性能指标基本一致,考虑到叠合梁一在施工中更为方便,建议工程中优先选用叠合梁一。
设计方法基于国内外现行规范和资料,综合考虑预制梁与预制板之间的滑移、受拉钢筋强化等因素,对钢筋混凝土叠合梁的正截面抗弯承载力及正常使用阶段变形计算方法等进行研究,结果表明:我国现行《混凝土结构设计规范》及ACI318-05中针对混凝土T型梁正截面抗弯承载力的计算公式偏于安全,考虑受拉钢筋进入强化段的计算公式更符合真实情况;预制梁与预制板之间滑移的存在使叠合梁的正常使用阶段挠度及正截面抗弯承载力分别略有增大和降低。
非线性分析应用有限元软件ABAQUS,对叠合梁在单调荷载下的受力性能进行数值模拟,其中预制与预制混凝土、预制与现浇混凝土之间的接触面采用*contact中的表面接触对模拟,接触属性为软接触,所得计算结果与试验值吻合较好。
本文的研究成果可促进钢筋混凝土T型叠合梁在实际工程中的推广应用。