【摘 要】
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为了满足建筑的功能和美学要求,经常需要在建筑的梁上开洞,以确保通风、消防、水、电和供暖管道的合理布局,同时还可以增加建筑物的净空高度,这实际上增加了使用空间,开阔了人们的视野。在总高度不变的前提下,增加了建筑层数,带来更高的经济效益。本试验依托于南宁某交通枢纽工程,其中停车库的梁为顶板的开洞框架梁,一方面由于顶板承接的是城市交通枢纽,连接机场、地铁及高铁等,会带动较大的车流量,因此车辆的来往就会带
【基金项目】
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广西重点研发计划项目“长寿命空铁联运综合交通枢纽建造关键技术研究及应用”(桂科ZY21195010);
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为了满足建筑的功能和美学要求,经常需要在建筑的梁上开洞,以确保通风、消防、水、电和供暖管道的合理布局,同时还可以增加建筑物的净空高度,这实际上增加了使用空间,开阔了人们的视野。在总高度不变的前提下,增加了建筑层数,带来更高的经济效益。本试验依托于南宁某交通枢纽工程,其中停车库的梁为顶板的开洞框架梁,一方面由于顶板承接的是城市交通枢纽,连接机场、地铁及高铁等,会带动较大的车流量,因此车辆的来往就会带来双开洞梁的疲劳问题,且车辆的自重也是一个不确定的因素,不同的车流会产生不一样的荷载水平通过顶板作用于开洞梁;另一方面开洞处使得梁的连续性受到了一定的破坏,造成的应力集中问题同样不可避免,而目前把疲劳问题和开洞口问题相结合的研究也较少,考虑工程的长寿命主题,有必要进行研究。针对这一现状,对工程中一根典型梁做了模型试验,试验采用了3组荷载水平及2种剪跨比,通过4根双开洞梁试件完成疲劳荷载试验,基于试验中观察到的裂缝发展、破坏形态及获取到的荷载跨中挠度曲线,对试件疲劳后的破坏规律和力学性能进行分析,总结出不同荷载水平及不同剪跨比对梁试件的影响,并根据试验结果做了承载力的预测模型,主要成果如下:(1)对于不同荷载水平的构件,疲劳阶段的裂缝在荷载水平小的构件发展的最明显;疲劳阶段的裂缝多集中于洞口上梁;最终破坏均在洞口外侧上角与加载点连接的破坏面。(2)荷载作用位置在洞口内侧及洞口中部的构件的疲劳极限分别为7.96万次,6.93万次;洞口的削弱,使得洞口处分为了上下梁,剪力主要由在洞口上梁承担,当剪力超过洞口上弦杆的承载力即发生破坏,从而导致整体梁的承载力下降。(3)随着疲劳荷载次数的增加,平均裂缝宽度呈逐渐扩大的趋势。荷载水平为0.5和0.6试件的平均裂缝宽度较为接近,随疲劳荷载次数的增加,两者平均裂缝宽度变化也比较相近;荷载水平为0.7时,较荷载水平为0.6的平均裂缝宽度增长趋势更为迅速。相同疲劳荷载次数下,荷载水平为0.5和0.6时,其承载力变化不明显;荷载水平为0.7的试件承载力下降的较为明显,相比荷载水平为0.5的试件下降了20.4%。(4)相同的疲劳次数下,荷载水平越大,极限挠度越小;构件的初始刚度呈先增加后减小的趋势,在荷载水平大于0.5后,随着荷载水平增大,初始刚度有所减小,且比未疲劳的构件小;相同疲劳加载次数下,荷载水平越大,试件的耗能能力退化的越严重。(5)相同荷载水平下,在加载次数≤5万次时,剪跨比对构件的最大平均裂缝影响不大,而在疲劳次数≥5万次后,两者的平均最大裂缝均有不同程度的增大。从增长速率而言,加载在洞口内侧的裂缝发展速率更快。两者的初始斜率在荷载≤100k N时大致相同,在荷载≥100k N后,加载点在洞口中部的开洞梁较为明显的增强;无论是极限挠度还是下降到85%的挠度,加载点在洞口内侧的开洞梁的挠度明显比加载点在洞口中部的大。剪跨比越大,双开洞梁的初始刚度越小,在疲劳荷载次数≤5万次时,随着疲劳荷载次数的增加,构件的初始刚度也在不断增加,且剪跨比小的开洞梁初始刚度强化幅度大于剪跨比大的开洞梁,在疲劳荷载次数5万次时,强化幅度要大14.0%左右。(6)在试验分析数据的基础上,对裂缝宽度、极限承载力、挠度、初始刚度及耗能系数进行了归一化处理,通过数据拟合的手段,建立了针对各个疲劳力学性能的预测模型,给出了相同疲劳荷载次数下,不同荷载水平的预测计算式。
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