集束钉群装配式组合梁变形计算方法研究

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在重庆市自然科学基金“装配式组合梁双非耦合结构行为及计算理论研究”(cst2018jcyj AX0509)的资助下,为研究集束键群装配式组合梁抗弯刚度的非线性变化规律和变形分析方法,开展以集束度(定义为单排预留孔中剪力键数量/全梁剪力键数量)为试验参数的装配式群钉组合梁加载试验,推导装配式组合梁加载至破坏阶段的非线性刚度及变形计算方程,进行装配式组合梁变形影响参数分析,并结合有限元探讨了装配式组合梁非线性行为的力学特征。主要研究工作如下:1)开展了5种集束度的装配式组合梁静力加载试验,分析得到试验梁的破坏模式、荷载-变形曲线、荷载-滑移曲线以及钢与混凝土应变分布等。结果表明:本次试验梁均为弯曲破坏;界面滑移沿梁长呈现“中间大两端小”的趋势;集束度越大,滑移越大,跨中变形亦越大,但滑移的影响较变形影响更为显著。2)根据荷载-位移曲线特点、滑移影响及材料非线性等,装配式组合梁受力变形过程可分为三个阶段:弹性阶段(分为线弹性和弹性阶段)、弹塑性阶段和塑性阶段;通过分别推导各阶段刚度方程,最终建立装配式组合梁受力全过程刚度及变形计算方法。(1)不考虑集束非连续剪力连接影响,基于界面连续均匀滑移假定建立线弹性阶段装配式组合梁刚度方程;(2)考虑间断布置剪力键对滑移分布对刚度的影响,分别基于滑移效应附加曲率法和滑移折减等效刚度法推导了弹性阶段装配式组合梁刚度方程。综合精度与计算简便性,一般计算推荐使用后者。(3)通过将装配式组合梁分为有剪力连接与无剪力连接区段,考虑钢与混凝土部分进入塑性,基于弹性理论分别建立两区段截面的刚度方程,通过假定变形后转角相等,利用等效刚度法,建立弹塑性阶段装配式组合梁刚度方程。3)采用前述装配式组合梁变形计算方法,分析集束度、混凝土板与钢梁高度比、宽度比以及材料强度比等对组合梁变形的影响,其中高度比影响最为显著,集束度对弹塑性阶段的变形有一定影响,强度比越高,组合梁的延性越好。4)开展装配式组合梁全过程数值分析,研究加载过程中钢梁、栓钉以及混凝土板的非线性力学行为对组合梁整体刚度及变形的影响,讨论装配式组合梁非线性力学行为及其物理意义。
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