腹板开洞组合梁的非线性有限元分析

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腹板开洞组合梁是一种根据工程实践的需要逐渐发展起来的构件,它结合了钢-混凝土组合梁和开洞构件的优点,减少了管道对建筑空间的占用,降低了工程成本,近年来在国内外工业及民用建筑领域内得到了较多的应用,国外制定了相应的开洞组合梁的设计规范。国内对于钢梁腹板开洞的组合梁的相关研究才刚刚展开,相应的设计规范也属空白。本文通过对10组腹板开单个矩形洞口的组合梁的有限元模拟,重点研究了洞口截面弯剪比、洞口上部栓钉连接件数量、洞口上部混凝土板、配筋率、洞口的尺寸、偏心距以及混凝土强度等对腹板开洞组合梁承载力和挠度的影响,并分析了影响腹板开洞组合梁性能的主要因素。   本文在有限元模拟和理论分析的基础上,得到以下主要结论:腹板开洞组合梁由于洞口两端局部剪力引起的空腹弯矩作用,发生破坏时通常会在洞口四个拐角形成塑性铰,使得组合梁发生空腹破坏;洞口截面弯剪比对腹板开洞组合梁的极限承载力和弹性极限挠度影响很大,开洞组合梁的承载力随着洞口截面弯剪比的增大而减少;腹板开洞组合梁的极限承载力随洞口远端到组合梁支座间栓钉连接件数量的增多而提高;随混凝土板的厚度和宽度的增加,开洞组合梁的极限承载力逐步增大;混凝土板的横向配筋率的增加在一定范围内会提高开洞组合梁的极限承载力;洞口的高度和宽度的增加会降低开洞组合梁的极限承载力,进行结构设计时需要对洞口的尺寸进行限制;混凝土强度的增加会在一定程度上提高开洞组合梁的极限承载力,但提高混凝土强度不是防止混凝土板纵向开裂的最有效手段;当洞口截面的弯剪比较小时,随着洞口偏心距的增加开洞组合梁的极限承载力逐步降低。   此外,本文通过对国内外试验数据和有限元模拟结果的整理分析,提出了腹板开洞组合梁洞口截面承载力的计算公式。建议的公式考虑了洞口上方组合板对开洞截面抗剪和抗弯承载力的贡献。分析结果表明,本文公式可为工程应用和规范的制定提供一定的参考。
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