腹板开洞钢—混凝土连续组合梁试验研究与理论分析

发布时间：2018-11-26 11:38

【摘要】：连续组合梁与简支组合梁相比刚度更大、强度更高,能跨越更大的空间,除有截面塑性强度储备外,还有超静定的结构塑性强度储备。但由于现在无论国内还是国外对带腹板开洞连续组合梁的研究相对较少,对其受力特性和破坏模式还了解不多,不仅缺乏相应分析方法和计算理论,也没有相应的规范可以遵循。因此,若能全面的深入掌握带腹板开洞连续组合梁的受力特性,就能最大限度的减少洞口带来的刚度和强度的损失,就能在梁的腹板上开洞,甚至开大洞,从而达到降低层高和节约大量建设资金的目的,本课题的提出正是要为这一具有巨大经济潜力的应用前景服务。为此,本文对腹板开洞连续组合梁进行了相关试验研究、有限元和理论分析,完成的主要工作内容和主要结论如下： 1.通过5根腹板开洞连续组合梁和1根腹板无洞连续组合梁的两点对称集中加载试验,对腹板开洞连续组合梁的竖向受剪性能进行了研究,试验结果表明：腹板开洞不仅降低了连续组合梁的刚度和承载能力,而且引起洞口区域混凝土板和钢梁截面的剪力重分布。最终连续组合梁洞口发生剪切破坏从而丧失承载能力使带洞跨截面抗剪上升为控制设计主要因素；另外,增加混凝土板厚度和截面配筋率可以提高连续组合梁的承载和变形能力,并可以用来进行洞口区域的补强。 2.对腹板开洞连续组合梁的塑性铰及内力重分布性能进行了研究,研究的重点为腹板开洞连续组合梁的塑性铰特性及内力重分布现象。试验结果表明：腹板开洞降低了连续组合梁的刚度和承载能力,洞口区域不再符合平截面假定。5根腹板开洞连续组合梁的破坏过程均为在洞口处形成剪力铰并最终形成破坏机构从而丧失承载能力。与腹板无洞连续组合梁相比,腹板开洞连续组合梁在按弹性计算时就已经存在“调幅”现象。另外,试验表明连续组合梁开洞后不仅存在弯矩重分布而且在带洞跨还存在混凝土板和钢梁之间的剪力重分布现象。 3.对影响腹板开洞连续组合梁受力及承载力的几个主要影响参数进行了全面的对比分析。选取的影响参数为：混凝土板厚、洞口宽度、洞口高度、洞口位置、洞口偏心和多洞口(双洞)等。通过分析研究得出如下主要结论：增加混凝土板厚度可以提高组合梁的承载能力,配筋率增加能大幅提高组合梁的变形能力。随着洞口宽度和高度的增加,组合梁承载能力相应减小,带洞跨挠度增大。洞口位置对开洞组合梁的承载力和变形影响较大,洞口布置在集中荷载作用点之外对组合梁受力比较有利。 4.对影响腹板开洞连续组合梁内力重分布特性的影响因素进行了相关研究,研究的变化参数为混凝土翼板厚度、混凝土板纵向配筋率、洞口宽度、洞口高度、洞口位置和洞口偏心等。结果表明：开洞组合梁不仅存在塑性弯矩重分布,而且还存在洞口引起的“弯矩重分布”。混凝土板厚度增加可以减少组合梁弯矩调幅,配筋率增加能提高组合梁的弯矩调幅。随着洞口宽度和高度的增加,组合梁的弯矩调幅增大。另外发现,洞口位置对组合梁承载力和内力重分布也有显著的影响。 5.提出几种不同的腹板开洞连续组合梁的洞口补强方式,通过有限元计算对不同补强方法的连续组合梁的力学性能进行了比较。计算结果表明,组合梁洞口区域采取补强措施后能够在一定程度上提高洞口区域的抗弯和抗剪承载力,增强其刚度和局部稳定性,并得到了比较有效的洞口补强方法可以用于工程实践。 6.介绍了塑性设计方法在腹板开洞组合梁中的发展和应用,然后简要介绍了腹板无洞组合梁危险截面极限承载力的计算公式。针对洞口处发生剪切破坏的组合梁(洞口四个角点形成塑性铰),通过推导负弯矩区腹板开洞连续组合梁洞口处的极限承载力计算公式,为负弯矩区组合梁的设计提供了理论参考。
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【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU398.9

【参考文献】