钢-混凝土组合梁的试验研究及参数优化分析

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近几年来,随着我国经济的飞速发展和建筑技术的进步,组合结构得到了人们的普遍关注和应用。论文针对了一种新型的素混凝土-钢板组合梁,通过试验和数值分析的研究,得到了其受载过程中的变形规律和主要受力材性,提高了其实际应用,具有重要理论意义和实际价值。众所周知,钢材具有很高的抗拉强度和良好的塑性性能,混凝土具有良好的受压性能。组合梁作为一种正截面受弯构件,中性轴以上受压、中性轴以下受拉、受力性能非常明确。针对上述材性及梁的受力特点,论文提出了一种新型的素混凝土-钢板组合梁结构,即在受压区主要布置素混凝土材料,而在受拉区则布置钢板的组合梁截面形式。二者之间利用抗剪连接件,以保证二者能协同工作。为了研究受载过程中组合梁的承载力及变形性能,设计了具有不同受压区宽度的三点弯曲组合梁试件,在西安理工大学结构大厅,采用500吨伺服压力试验机进行加载试验,得到了荷载-位移全过程曲线和受载过程中各阶段各部件的应变发展规律,结果表明:素混凝土和钢板组合截面梁在轴向受压荷载的作用下,钢板和混凝土协同工作,能更好的发挥二者的优势。组合梁也有很好的刚度和延性。本文在试验的基础上利用有限元软件对钢板-混凝土组合梁进行了力学模拟计算,探讨了腹板厚度和腹板高度对组合梁产生的影响,结果表明:腹板厚度的增加虽然在一定程度上可以提高承载力,但提高的效率不高。因此,在考虑经济的前提下,适当增加即可。腹板高度的增加可以在一定程度上提高承载力,提高的效率很高。为了研究组合梁翼缘有效宽度,针对宽跨比,混凝土板厚,荷载性质等因素进行了有限元变参数分析。结果表明:宽跨比是影响混凝土板翼缘有效宽度的最重要的因素,随着组合梁宽跨比的不断增加,有效宽度值也在不断降低。混凝土板厚对翼缘板有效宽度的影响是微弱的。荷载作用形式是影响混凝土翼缘板有效宽度的另一个重要参数,两点对称荷载作用时有效宽度最大;跨中集中荷载作用时有效宽度最小;均布荷载介于二者之间。通过本文的研究,对钢-混凝土组合梁的破坏模式、受力性能,变形性能等有了一定认识;也为其结构设计,提供了一些建议。为其在工程应用中奠定了一定的基础。
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