考虑核心约束的大尺度预应力H型钢—混凝土组合梁受力性能研究

发布时间：2020-07-09 11:36

【摘要】：预应力型钢-混凝土结构是将预应力技术应用到型钢-混凝土结构中形成的一种组合结构形式,该结构形式的梁构件具有型钢-混凝土梁构件与预应力混凝土梁构件两者各自的优良特性,即:利用预应力技术提高了梁正常使用状态下的抗裂性能,增强构件抗变形能力;利用型钢-混凝土技术提高了构件的极限承载能力,改善梁的延性性能和耗能能力。预应力型钢-混凝土结构这一结构形式,是对传统预应力混凝土结构和型钢-混凝土结构的技术创新,它具有承载力高、使用性能好、便于实现大跨和重载。因此,开展此类构件的研究,有利于推动该结构构件在(超)高层建筑、高耸建筑、巨型结构中应用具有重要的应用价值。近年来,国内外学者对预应力H型钢-混凝土梁构件进行了一系列的研究工作,取得了一定的科研成果。而对于大尺度预应力H型钢-混凝土梁构件的研究相对较少。本文采用数值模拟分析的方法,对大尺度预应力H型钢-混凝土简支梁承载性能、变形性能和连续梁构件塑性内力重分布性能进行了研究。所做的主要工作如下:(1)为研究大尺度预应力型钢-混凝土梁构件受弯性能,考虑到型钢翼缘对混凝土的约束效应的影响,建立考虑核心约束效应的梁构件模型对已有试验的预应力型钢-混凝土梁进行仿真模拟,验证建模分析可靠性。在此基础上设计7根大尺度预应力型钢-混凝土简支梁构件,对其建立考虑核心约束效应的梁构件模型,以综合配筋率、型钢含钢量、混凝土强度等级为参数变量,分析加载过程中预应力型钢-混凝土梁的力学特性和破坏模式,探讨各参数变量对其承载能力的影响。(2)为研究大尺度预应力型钢-混凝土梁构件变形性能,对已有试验构件建立考虑核心约束作用的梁构件模型,将模拟所得钢筋屈服时挠度、型钢下翼缘屈服时挠度和极限荷载时挠度与试验结果进行对比,在试验结果与模拟结果吻合度较高的情况下,开展了大尺度预应力型钢-混凝土简支梁构件变形性能的研究,探讨型钢含钢量、预应力度、混凝土强度等级等参数的变化对模拟梁变形性能的影响。数值分析结果表明:型钢含钢量和预应力度的增强能够有效地提高构件抗变形性能。(3)为研究预应力H型钢-混凝土连续组合梁的受力性能和弯矩重分布规律,考虑到型钢翼缘对混凝土的约束效应的影响,建立考虑核心约束效应的预应力H型钢-混凝土连续组合梁数值分析模型,对已有试验的两跨预应力H型钢-混凝土连续组合梁构件进行仿真模拟分析。基于仿真模拟结果与试验结果较高的吻合度,对此类连续梁构件进行了扩参数分析,探讨预应力度、型钢含钢量和型钢高度与截面总高度之比μ对构件塑性内力重分布的影响,拟合得到了等效塑性铰区长度计算公式和弯矩调幅系数的建议公式。(4)设计7根大尺度预应力型钢-混凝土连续组合梁构件,并对其建立数值仿真模型,所得大尺度预应力H型钢-混凝土连续组合梁弯矩调幅系数β的坐标分布与模拟所得β曲线有较高的吻合度,从而有效地证明弯矩调幅系数β的建议公式对大尺度预应力H型钢-混凝土连续组合梁调幅系数仍有较好的适用性,可按照弯矩调幅系数计算公式进行弯矩调幅设计。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9
【图文】：

著名学者赵鸿铁等提出型钢－混凝土梁构件进行刚度计算时，可将型钢外围的混凝逡逑土、型钢翼缘内受约束的混凝土和型钢三部分的刚度进行叠加的方法进行计算丨４４－４６］，如逡逑图１－１所示。逡逑－７－逡逑

混凝土单轴压缩和拉伸应力计算方法如下：逡逑（１）混凝土单轴拉伸应力－应变关系逡逑图２－１为混凝土塑性损伤受拉应力－应变关系曲线，由混凝土单轴拉伸应力－应变曲逡逑线可以看出，当混凝土处于单轴拉伸状态时，屈服之前材料为线弹性状态，随着荷载的逡逑增加，逐步进入受拉损伤阶段，刚度逐渐减小，受拉损伤逐步增大，通过分析屈服后应逡逑力和开裂应变关系表征受拉损伤函数。逡逑％、逡逑＜Ｘ｜0邋逦逡逑／邋＼逦、？逦逡逑Ｃ邋Ｋｌ逦ｅ逡逑Ｌ４＿＿＾＿＿Ｉ逡逑图２－１混凝土单轴拉伸应力－应变曲线逡逑在有限元分析中，开裂应变为混凝土总应变与无损伤弹性应变的差值，根据图２－１逡逑混凝土塑性损伤受拉应力－应变关系得：逡逑ｓｔｃｋ邋＝Ｓ，－Ｓ＾逦（２－１邋）逡逑４＝＾－逦（２－２）逡逑Ｅ0逡逑－１９－逡逑

逦拉伸损伤因子，且Ｏｓｄ，邋ｓｌ．Ｏ。逡逑（２）混凝土单轴压缩应力－应变关系逡逑图２－２为混凝土塑性损伤受压应力－应变关系，由混凝土单轴压缩应力－应变关系曲逡逑线可以看出，当混凝土处于单轴受压状态时，屈服之前材料为弹性阶段，应力－应变关逡逑系呈线性变化，随着应力的增加，混凝土逐渐进入受压损伤阶段，通过分析屈服后应力逡逑和应变关系表征受压损伤函数。逡逑％、逡逑／邋／／ｆｉ－ａｙ￡0邋＾Ｅ0邋Ｉ逡逑４＊逦邋逦１邋＾逡逑图２－２混凝土压缩非线性应力－应变曲线逡逑在有限元分析中，受压非弹性应变为混凝土总应变与无损伤弹性应变的差值，由图逡逑２－２混凝土塑性损伤应力＿应变关系得：逡逑（２－６）逡逑ｅｏｌ邋＝邋ＴＴ逦（２－７）逡逑Ｅｏ逡逑＝逦（２－８）逡逑（ｌ－0邋Ｅ０逡逑ｃｒｃ＾｛＼－ｄｃ）Ｅ０｛ｅｃ－ｓｔ）逦（２－９）逡逑－２０－逡逑

【参考文献】

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本文编号：2747398