钢—混凝土组合梁板体系的试验研究与理论分析

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钢—混凝土组合梁板体系在建筑及桥梁结构中得到越来越广泛的应用。但是目前的研究和设计方法主要是针对组合梁构件,对梁板体系整体性能的研究较少。实际结构体系中,梁、板构件的性能是结构整体性能的局部表现,其设计方法需根据结构整体分析结果得出。本文通过模型试验、理论分析和有限元数值计算,对组合梁板体系在竖向荷载下的受力和变形性能进行了较系统的研究,并提出了可用于设计中的公式和建议。完成的工作及取得的成果主要包括:1.对一个单根钢—混凝土组合梁试件和两个钢—混凝土组合梁板结构体系试件进行了静力加载试验,分析了结构的变形、延性、混凝土翼缘板的剪力滞后规律和开裂规律。结果表明组合梁板体系中组合梁的行为与相同尺寸的单根组合梁类似,说明以前所做的大量单根组合梁的试验结果,用于分析实际结构中的组合梁是合理和有效的。试验还表明组合梁板体系中存在明显的空间作用。2.建立了分析组合梁板体系的有限元模型,计算结果与试验结果吻合良好。3.采用理论方法分析了弹性阶段单向组合梁板体系中混凝土翼缘板内的纵向应力应变的分布规律,讨论了弹性阶段有效翼缘宽度的定义,并针对各种组合梁板体系提出有效翼缘宽度的简化计算公式。在此基础上,讨论了采用梁理论计算组合梁截面弹性应力和变形的方法。4.分别针对有端横梁的并列组合梁板体系和主次组合梁楼盖,采用弹性板理论分析混凝土板的变形和内力,结果表明主次梁变形和混凝土泊松效应对混凝土板内力有较大影响。提出考虑主次梁变形和混凝土泊松效应影响时混凝土板弹性设计内力的简化计算方法,并采用有限元方法验证其准确性。5.针对组合梁截面塑性极限承载力的计算,根据混凝土板内合力和合力作用点等效,提出有效翼缘宽度的新定义。采用非线性有限元方法分析了混凝土板及其配筋的应力分布规律,计算各种情况下有效翼缘宽度值,并总结出用于截面塑性极限承载力计算的有效翼缘宽度计算公式。6.对单向组合楼盖结构的破坏模式和极限承载力进行了分析,并对其塑性设计方法进行总结。根据单向组合梁板体系的研究结果,对双向组合梁结构的弹性变形和内力、破坏模式和极限承载力进行了初步分析。本论文属于国家杰出青年科学基金资助项目(项目编号:5∞25822)。
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