钢—混组合梁长期应力重分布效应研究

发布时间：2020-07-19 09:54

【摘要】：钢-混凝土组合梁由两种不同特性的材料组成,在长期荷载作用下,混凝土会不断产生收缩和徐变,而钢梁没有这种现象,两种材料的时变特性差异导致组合结构截面应力产生重分布,从而引起结构过量的附加变形,对于大型、复杂的钢-混凝土组合梁超静定结构,混凝土收缩徐变会进一步引起结构内力重分布,随着钢-混凝土组合梁在连续桥梁中的应用逐渐增多,混凝土时变效应影响的计算已经成为钢-混凝土组合结构设计中不可忽视的内容,为此,本文采用理论分析的方法,对两跨钢-混组合连续梁结构在长期荷载作用下的工作性能进行了分析和研究,主要研究内容和成果如下:1、基于换算截面法,采用按龄期调整的有效模量法分析了混凝土收缩徐变对组合梁长期性能的影响,推导了支反力和开裂范围的长期变化公式,分析了混凝土开裂范围发展规律和中支座支反力变化情况,对比分析了考虑开裂和不考虑开裂两种情况下组合梁的挠度变化,计算表明,不考虑开裂会过高的估计中支座支反力的负弯矩作用,使得挠度计算值偏小。2、对比分析了已有组合梁悬臂结构的试验研究结果,本文计算结果与试验结果吻合良好,表明根据换算截面法,采用按龄期调整的有效模量法可以对完全连接的组合梁进行可靠的分析。通过对收缩徐变进行分离计算发现,收缩作用对组合梁的影响要显著于徐变作用,对于悬臂梁,收缩使梁端挠度上升,徐变使梁端挠度下降;对于连续梁跨中挠度,收缩徐变同时使跨中挠度增加。3、应用组合梁的滑移效应分析理论,通过求解两跨钢-混凝土组合梁的短期微分方程和长期增量微分方程,得到短期荷载作用下不同连接程度对组合截面的滑移量、截面内力的影响规律;研究了长期荷载作用梁端滑移量随时间变化规律、结构截面内力的变化规律和长期挠度发展规律。分析表明:结构的短期挠度随连接程度的增强而减小,由于滑移削弱了混凝土的收缩作用,组合梁长期挠度增量随连接程度的减弱而减小,混凝土板和轴力力偶承担的截面弯矩随时间减小,钢梁承担的弯矩随时间不断增加,因而结构的挠度不断增长。4、通过对不同参数的模型进行大量计算,研究了环境湿度、加载龄期、砼-钢梁刚度比、连接程度和荷载等级这五个因素对组合梁长期性能的影响,不同因素对组合梁的开裂范围、支反力、挠度变化等产生不同程度的影响,研究发现:环境湿度和混凝土龄期的增加可以有效的推迟开裂时间和减小开裂范围,从而减小结构长期挠度;连接程度越弱,结构短期挠度越大,长期挠度增量由于滑移削弱了收缩作用而减小。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441
【图文】：

图 1.1 钢-混凝土组合梁初始阶段主要发展历程随后到 20 世纪 40 年代到 60 年代这二十多年时间里，钢-混凝土组合梁的研究发展迈上新台阶，西方不少技术先进的国家在这一时期对钢-混凝土组合梁不断开展相关试验研究，并制定了相关设计规范与规章，从而加强了组合梁工程应用的规范要求。在 1943年，爱国者联盟盟校创世成员里海大学进行了关于槽钢连接的钢-混凝土组合梁试验研究。在 1951 年，不完全交互作用理论首次被 Newmark 等人提出，该理论在计算组合梁时加入了对滑移效应的考虑。1954 年，针对栓钉抗剪连接件构造，Viest 等人对其进行了系统全面的研究。随后进入 20 世纪 60 年代至 80 年代，钢-混凝土组合梁的发展更加成熟，这一时期主要提炼总结已有研究成果和应用资料，将其凝练到规范条文中，对钢-混凝土组合梁相关设计规范和规程不断完善，促进了组合梁更广泛的推广与应用。在这一阶段，钢-混凝土组合梁的研究内容得到进一步扩展，由原先的简支组合梁发展到连续组合梁，由组合梁静力性能研究扩展到了动力性能研究，由不考虑滑移的完全连接

图 2.4 两跨连续梁跨径及截面示意图表 1 钢-混凝土组合梁模型计算参数(连续梁)砼宽度bcDssIssAsr1Asr1dsr2Asr2d0.6m 0.06m 1130e-8m426.13e-4m21.13e-4 m20.02m 1.13e-4 m20.04m单跨径 lssdtkfcEsE RHsBcukf4m 0.15m 2.01e6Pa 3e10 Pa 2e11 Pa 60% 0.088m 3e7 Pa为了验证数值分析的结果，对文献[4]中的悬臂梁试验模型按照本文所采用的截面分析法对其进行短期和长期分析，文献[4]中的试验梁结构形式如图 2.5 所示，跨径布置为2m+1m+2m 的形式，采用静力堆载的形式在悬臂端施加 q=1.94kN/m 的均布荷载，在主梁悬臂端施加 P=2.02kN 的集中荷载来模拟实际桥梁的运营荷载水平，试验模型具体参数参数如表 2 所示，其中试验相对环境湿度为 67%，混凝土板采用 C30 砼，混凝土采用双层布筋的形式：

图 2.4 两跨连续梁跨径及截面示意图表 1 钢-混凝土组合梁模型计算参数(连续梁)砼宽度bcDssIssAsr1Asr1dsr2Asr2d0.6m 0.06m 1130e-8m426.13e-4m21.13e-4 m20.02m 1.13e-4 m20.04m单跨径 lssdtkfcEsE RHsBcukf4m 0.15m 2.01e6Pa 3e10 Pa 2e11 Pa 60% 0.088m 3e7 Pa为了验证数值分析的结果，对文献[4]中的悬臂梁试验模型按照本文所采用的截面分析法对其进行短期和长期分析，文献[4]中的试验梁结构形式如图 2.5 所示，跨径布置为2m+1m+2m 的形式，采用静力堆载的形式在悬臂端施加 q=1.94kN/m 的均布荷载，在主梁悬臂端施加 P=2.02kN 的集中荷载来模拟实际桥梁的运营荷载水平，试验模型具体参数参数如表 2 所示，其中试验相对环境湿度为 67%，混凝土板采用 C30 砼，混凝土采用双层布筋的形式：

【参考文献】

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8 严媛s

本文编号：2762257