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建筑结构所采用的材料主要为钢材与混凝土两类,这是由材料的性能和价格等多方面因素所共同决定的。在未来很长一段时期内,钢材与混凝土仍将是建筑行业的主要结构材料。钢材和混凝土具有各自不同的特性,最典型的就是混凝土抗压强度高而抗拉强度低,在自重和施工方面存在一些不足,但价格相对低廉;钢材则具有优良的力学性能,但由于截面通常较小,在某些受力状态下的稳定问题可能比较突出。而钢-混凝土组合梁将钢材与混凝土这两种材料组合起来形成双组合效应的一种新型结构,能较好的利用钢材料抗拉强度高、结构重量轻、抗震性能好等优点,又考虑了混凝土材料具有较大的抗压强度、整体性好、施工便利等特点。而钢箱-混凝土组合梁在负弯矩作用下,翼缘板受拉、钢箱梁受压,这是一种比较不利的受力情况,翼缘板受到拉应力作用而容易导致混凝土出现裂缝,钢箱梁矩形薄腹板受压应力作用而容易出现局部屈曲现象,从而影响了其耐久性、抗弯刚度、降低了它的承载能力。
本文通过对1片半充填式钢箱-混凝土简支组合梁受力性能的试验研究,结合试验研究、理论计算与ABAQUS有限元模拟分析,对钢箱-混凝土组合梁矩形薄腹板弯剪作用下单侧屈曲行为进行分析研究,得出以下结论:
(1)本文使用里兹能量变分法推导了简支边界、固支边界、弹性转动边界非均匀受压下矩形薄板单侧屈曲计算理论以及简支边界、固支边界剪切作用下单侧屈曲计算理论,其计算公式简单方便,计算结果较为准确,可得该理论具有广泛适用性。
(2)在ABAQUS强大的非线性分析能力支持下,采用高度非线性的弹簧单元模拟单侧约束,建立了不同边界条件下非均匀受压和剪切下的矩形薄板单侧屈曲模型,将有限元计算结果与理论计算结果对比,有限元模型所得数据与理论计算数据平均偏差不大,屈曲系数曲线形状也较为相似,可认为本文使用ABAQUS建立的矩形薄板单侧屈曲有限元分析模型具有一定的适用性。
(3)本文设计一片钢箱-混凝土组合梁,通过反向加载,模拟出连续组合梁中支座区的负弯矩受力状态,研究其在负弯矩作用下的受力性能。重点研究了加载点附近钢箱腹板在弯剪状态下的单侧屈曲行为,将试验中钢箱腹板实际屈曲应力与简支边界、固支边界理论计算屈曲应力图对比,得出该试验中钢箱腹板上下边界应视为弹性转动边界,不可保守地作为简支边界,也不能大胆地作为固支边界。
本文通过对1片半充填式钢箱-混凝土简支组合梁受力性能的试验研究,结合试验研究、理论计算与ABAQUS有限元模拟分析,对钢箱-混凝土组合梁矩形薄腹板弯剪作用下单侧屈曲行为进行分析研究,得出以下结论:
(1)本文使用里兹能量变分法推导了简支边界、固支边界、弹性转动边界非均匀受压下矩形薄板单侧屈曲计算理论以及简支边界、固支边界剪切作用下单侧屈曲计算理论,其计算公式简单方便,计算结果较为准确,可得该理论具有广泛适用性。
(2)在ABAQUS强大的非线性分析能力支持下,采用高度非线性的弹簧单元模拟单侧约束,建立了不同边界条件下非均匀受压和剪切下的矩形薄板单侧屈曲模型,将有限元计算结果与理论计算结果对比,有限元模型所得数据与理论计算数据平均偏差不大,屈曲系数曲线形状也较为相似,可认为本文使用ABAQUS建立的矩形薄板单侧屈曲有限元分析模型具有一定的适用性。
(3)本文设计一片钢箱-混凝土组合梁,通过反向加载,模拟出连续组合梁中支座区的负弯矩受力状态,研究其在负弯矩作用下的受力性能。重点研究了加载点附近钢箱腹板在弯剪状态下的单侧屈曲行为,将试验中钢箱腹板实际屈曲应力与简支边界、固支边界理论计算屈曲应力图对比,得出该试验中钢箱腹板上下边界应视为弹性转动边界,不可保守地作为简支边界,也不能大胆地作为固支边界。