钢-混凝土组合梁全过程受力剪力滞效应分析

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钢-混凝土组合梁充分利用了钢材和混凝土两种材料,具备出色的力学性能,在工程中应用很广。钢-混凝土组合梁在承受荷载时会产生剪力滞效应,造成混凝土板的纵向正应力在板的横截面上分布不均匀。若忽略剪力滞的影响,则高估了结构的实际性能,极易出现工程上的安全问题。经过一定数量的工程实例分析发现,剪力滞已经成为设计者在进行初步设计时必须着重考虑的因素。由于在实际工程中,对剪力滞效应的考虑主要是通过混凝土的有效宽度来实现,因此有必要对剪力滞效应进行更多的研究。  为了更准确地分析剪力滞系数对钢-混凝土组合梁结构的影响,在考虑材料非线性行为的基础上分两个阶段进行结构静力分析。  第一个阶段,对组合梁结构进行弹性阶段的单元模型开发。基于组合梁理论的推导过程,利用Matlab软件编写组合梁单元模型的命令。通过对比,验证弹性阶段模型开发的适用性和准确性。第二个阶段,引入面向对象的有限元程序OpenSees,并利用此程序开发组合梁结构弹塑性阶段的有限单元模型。在单元模型建立阶段,利用C++语言编写了新的栓钉本构关系并处理成动态链接库(.dll)文件,以提高模型的模拟精度。利用Tcl语言编写双层纤维梁单元模型和“壳-梁”单元模型。通过对比,验证弹塑性阶段模型开发的合理性和适用性。  分别分析宽跨比、剪力件连接程度、荷载类型和混凝土板开裂对剪力滞效应的影响,得到下面的结论:  (1)随着宽跨比的增大,剪力滞系数也增大。同时,随着宽跨比的增大,剪力滞系数的增长幅度逐渐减小,这说明宽跨比对剪力滞的影响越来越小。  (2)集中荷载作用下的剪力滞效应比均布荷载作用下明显。集中荷载作用下的最大剪力滞系数出现在作用点处,距离荷载作用点越近,剪力滞效应越强。而均布荷载作用下的最大值则出现在支座附近,越靠近支座,剪力滞系数越大。在集中荷载作用位置的一定范围内,剪力滞系数会有一个突变。而均布荷载作用下剪力滞系数沿跨径变化比较均匀,不会出现突变的现象。  (3)滑移刚度的增大会导致结构在界面处的滑移量减少,剪力滞效应更显著。  (4)负弯矩作用下的剪力滞系数比正弯矩下的剪力滞系数大,即在负弯矩的作用下,混凝土板的开裂现象会导致剪力滞效应更显著。当组合梁处于负弯矩作用时,纵向钢筋应力值的增大会导致剪力滞系数的增大。这说明在钢筋没有达到屈服应力之前,混凝土板开裂的范围增大会导致组合梁的剪力滞系数不断的增加。
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