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近年来,组合结构的发展很快,将高强材料和组合结构相结合是其中的一个研究方向,由此诞生的高强钢组合梁是一种比较理想的受力构件。和普通组合梁相比,高强钢组合梁的截面尺寸更小、自重更轻,可进一步降低基础造价,因而在许多情况下可以更好地适应建筑功能和结构功能的要求。但这种结构目前在国内外的研究还很少。
本文对2根高强钢-普通混凝土组合梁和3根高强钢-高强混凝土组合梁进行了静载试验,并通过与普通组合梁以及普通钢-高强混凝土组合梁的对比分析研究了高强材料用于组合梁时对其承载力、挠度、延性等的影响。研究表明:增加混凝土强度对提高组合梁的弹性抗弯承载力和极限抗弯承载力效果不明显,提高钢梁屈服强度可显著提高组合梁的弹性抗弯承载力和极限抗弯承载力;高强钢组合梁屈服荷载对应的挠度比普通组合梁大,而极限荷载对应的挠度比普通组合梁小;组合梁的延性随混凝土强度的提高而提高,随钢梁屈服强度的提高而降低,因而高强钢组合梁的延性性能不如普通组合梁好。
将高强钢引入组合梁后,用换算截面法计算组合梁的弹性抗弯承载力,用简化塑性法计算组合梁的极限抗弯承载力都将使计算结果偏于不安全,其原因是材料真实的应力-应变关系和计算理论所用的假定有一定的出入。为了研究高强钢组合梁真实的抗弯承载力,本文借助Matlab软件编写计算机程序Yield和Ultimate,分别用来计算组合梁的弹性抗弯承载力和极限抗弯承载力。程序计算结果和试验结果吻合较好。在此基础上,本文选取了192个较为典型的高强钢组合截面,分别用换算截面法和程序Yield计算其弹性抗弯承载力,用简化塑性法和程序Ultimate计算其极限抗弯承载力,比较两种方法所得结果的差异。通过理论分析并借助数理统计的方法,选定合适的自变量,找出这种差异和自变量之间的关系,从而对换算截面法和简化塑性法进行修正,提出高强钢组合梁的弹性抗弯承载力和极限抗弯承载力计算公式。
为了确保高强钢组合梁具有足够的延性,须对其延性进行验算。本文推导了高强钢组合梁曲率延性的计算公式,并分析了影响曲率延性的主要因素。