基于粘结滑移理论的预应力型钢混凝土梁抗弯性能研究

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预应力型钢混凝土结构是在型钢混凝土组合结构的基础上施加了预应力的一种新型组合结构。目前对于预应力型钢混凝土构件各种力学性能的研究以及相关计算理论已经有很多,数值模拟工作也屡见不鲜,但有针对性的开展型钢与混凝土之间粘结滑移作用的研究还未形成足够完善的理论体系。本文通过对目前的计算理论以及粘结滑移本构关系于预应力型钢混凝土梁中的适用性进行探讨,来对预应力型钢混凝土梁抗弯性能和型钢与混凝土之间粘结滑移效应进行研究,并由此为今后关于这种新型结构体系研究和计算理论的完善提供参考。具体研究工作如下:(1)开展了包含3根试验梁的预应力型钢混凝土简支梁静载试验,在试验中采集了试验梁的挠度、应变、钢筋以及型钢的应力增量等试验数据,并对试验梁破坏特征以及裂缝发展情况进行了观测,最后对试验梁的截面应变分布、荷载位移曲线进行了研究分析,初步得到了一些结论。(2)引入了粘结滑移影响系数,对目前已有的预应力型钢混凝土梁正截面抗弯承载力计算公式进行了修正,并通过已有的试验数据回归得到构件不同部位的粘结滑移影响系数1-5。运用修正后的理论计算公式对试验中的三根试验梁构件进行了计算,通过计算结果与试验结果进行对比,发现使用引入了粘结滑移影响系数的计算公式所得出的结果更能与试验结果吻合,进一步验证了该理论公式的实用性。(3)首先运用ANSYS有限元分析软件,对已有的型钢混凝土推出试验进行了数值模拟,验证了所采用的粘结滑移本构关系的适用性,然后运用ABAQUS有限元分析软件,对3根试验梁分别建立了考虑两种不同的粘结滑移本构关系以及不考虑粘结滑移情况下的有限元模型并对其进行了非线性分析计算,通过将试验结果与有限元计算结果进行对比分析,发现考虑粘结滑移可以使得模型更加符合实际工况,且根据推出试验得出的粘结滑移本构关系更适用于预应力型钢混凝土梁的数值模拟,为今后关于这种新型结构体系的试验研究和计算理论的完善提供了参考。(4)在此基础上建立了四组16根预应力型钢混凝土简支梁有限元模型,通过分析有限元计算结果发现,预应力型钢混凝土梁的预应力度、混凝土强度、横向配箍率以及含钢率均能对其中型钢与混凝土之间的粘结滑移作用产生不同程度的影响,其中横向配箍率引起的影响最为显著。
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