体外预应力钢-混凝土组合梁受弯性能理论分析与试验研究

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体外预应力钢-混凝土组合梁是在普通组合梁基础上发展起来的一种新型结构,同普通组合梁相比,可以充分利用高强钢材;扩大钢梁的弹性范围,提高结构刚度;降低梁高,减轻自重;提高结构的极限承载能力;降低钢材的有效应力幅值,改善结构的疲劳性能。正是由于这些优点,使得体外预应力钢-混凝土组合梁在工程中具有广泛的应用前景。组合梁按剪力连接程度分可分为完全剪力连接和部分剪力连接。综合考虑受力性能和经济效益,实际工程中一般采用部分剪力连接。部分剪力连接在承受外荷载时,钢与混凝土的交界面上会产生滑移,而滑移使组合截面不符合平截面假定,结构的刚度也会减小,因此截面应力和挠度变形受滑移的影响比较大。迄今为止,关于这方面的理论研究较少,规范也不完善,不利于这种结构在工程中的推广应用。本文主要对以下方面进行了研究:(1)体外预应力钢-混凝土组合梁的试验研究。进行了四根体外预应力钢-混凝土组合梁受弯性能的试验研究,分析了不同剪力连接程度及不同预应力度对滑移、挠度、应变、裂缝、抗弯承载能力的影响。(2)从分析滑移入手,研究滑移效应对普通组合梁的挠度及应变的影响。通过建立力学模型,分析交界面的受力状态,推导了承受均布荷载和跨中对称两点荷载作用下的滑移及滑移应变的计算公式,并进一步得出了应力和挠度的计算公式。(3)体外预应力筋的应变增量与结构整体变形的关系。通过建立力学模型,得到了体外预应力筋的应变增量和挠度的关系式,并利用试验值对计算值进行验证,吻合良好。(4)研究了体外预应力钢-混凝土组合梁在正常使用极限状态下的受弯性能。(5)研究了体外预应力钢-混凝土组合梁在承载能力极限状态下的抗弯承载能力,提出了相应的计算公式。
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