钢--预制带肋混凝土叠合板组合梁抗弯性能研究

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组合梁的研究历程已经十分深入,相应的组合梁的理论发展也非常丰富。主要的组合梁的理论分为:Euler-Bernoulli梁理论、Timoshenko梁理论和高阶梁理论。钢-混凝土组合梁常使用的则是Euler-Bernoulli梁理论。此外,常用的用来预测组合结构的模型主要分为:数值模拟、(半)经验公式和解析解等方法。
  钢-预制带肋混凝土叠合板是一种叠合板组合梁的新尝试。它是使用的预制带肋的混凝土底板与现浇混凝土共同构成混凝土叠合板,其他部分与传统的全现浇混凝土组合梁相同。叠合板组合梁不仅有着传统组合梁充分利用材料性能的优点,还因为使用了预制混凝土板,具有节省高空支模工序与混凝土浇筑模板,并且减少现场的湿作业等优点。
  通过钢-预制带肋混凝土叠合板组合梁的试验,发现钢-预制带肋混凝土叠合板与以往传统全现浇组合梁有着不同力学性能表现。本文由11个全尺寸钢-预制带肋混凝土的叠合板组合梁和1个钢-全现浇混凝土的组合梁进行两点集中加载,获得了各组试验试件在跨中处的弯矩—挠度曲线。在本次试验中主要涉及的试验变量为:叠合混凝土板总厚度、预制混凝土底板放置在钢梁上搁置长度、抗剪栓钉的间距、叠合混凝土板中通长的纵向钢筋直径、预制带肋混凝土底板的放置方向和是否为全现浇混凝土板。
  基于叠合板组合梁的弯矩—挠度曲线,首先在弹性阶段应用各国规范进行弯矩—挠度预估,发现中国规范、欧洲标准和美国标准均对组合梁的刚度预估偏向于完全抗剪连接时组合梁的刚度,各国规范仅对全现浇混凝土板组合梁的预计较为合理,但是各国规范对于以上试验参数的变化后的叠合板组合梁无法进行合理的预估。此外,对于试验进行了OpenSees有限元模拟,由于组合梁中上翼缘的混凝土板和下部的钢梁分别满足其各自截面的平截面假设,就按照其不同截面设计两层节点。并分析了连接上下两层节点的不同抗剪弹簧单元的区别,在ZeroLength、ZeroLengthSection和TwoNodeLink之间比较之后,基于OpenSees曲线模拟结果和命令流的简化选择了TwoNodeLink单元。模拟结果发现,OpenSees的模拟结果仅对全现浇组合梁较为理想,能够较为准确的预测全现浇组合梁的抗弯刚度。但是对于叠合板组合梁仍存在一定差距,并且不能对于叠合板组合梁中变量的变化。在研究中国规范中使用的考虑滑移的刚度折减法,发现不能直接应用在叠合板组合梁中,就对欧洲木结构标准中使用在钉木结构和交错层积木(CLT)中使用的等效刚度法再次研究,发现直接应用这两种理论并不能良好的描述叠合板组合梁的力学性能。在研究已有对于以往组合梁的解析解的这两种理论后,提出了分段式的组合理论。在组合理论中假设,组合梁的刚度逐渐减小是抗剪连接件提供的组合作用逐渐减小引起的。在应用组合理论后,发现组合理论不仅使用于完全抗剪设计的叠合板组合梁,还可以使用在部分抗剪连接设计的叠合板组合梁。
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