负弯矩作用下抗剪连接件局部脱粘组合梁力学性能研究

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钢-混凝土组合梁凭借着其在稳定性、抗震性、施工便捷性等方面的突出表现在建筑领域得到了从业人员的广泛认可。但是钢-混凝土组合梁的上述优点仅仅在其承受正弯矩作用时才能有效地发挥出来。由于混凝土材料与钢梁材料的力学性能差异,处于负弯矩区域的钢-混凝土组合梁容易出现混凝土板损坏、钢梁局部失稳的破坏现象。这类现象的出现严重损害了建筑结构的安全性、适用性、耐久性。针对钢-混凝土组合梁在负弯矩区域出现的混凝土板开裂问题,聂建国从释放负弯矩区域混凝土板中拉应力的角度出发,设计了一种“抗拔不抗剪”连接件。这类连接件的特点在于其可以减弱连接件与混凝土之间的粘结力,从而起到降低负弯矩区域混凝土板中拉应力的作用,最终达到改善负弯矩区域混凝土板易开裂的目的[1]。本文以抗剪连接度、浇筑方式、是否对抗剪连接件局部脱粘、抗剪连接件类型为参数共设计了5根钢-混凝土组合梁,其中的4根钢-混凝土组合梁抗剪连接件进行了局部脱粘处理,另外1根为引用同课题组的抗剪连接件未脱粘处理的组合梁试件。为使设计的钢-混凝土组合梁承受与组合框架结构梁柱节点负弯矩区域相似的内力,特将组合梁以“混凝土板朝下,钢梁朝上”的方式放置并简支,在组合梁的跨中位置施加竖直向下的荷载。在钢-混凝土组合梁负弯矩静力试验的基础上,分析了5根钢-混凝土组合梁各自的试验现象、破坏特点,还分析了各组合梁的弹性极限状态、塑性极限状态、转动能力、特征荷载、裂缝开展情况、滑移分布情况。在上述试验结果的分析基础上,针对抗剪连接件局部脱粘处理的组合梁建立了有限元分析模型,并验证了有限元模型的正确性。以试件PHBCB-UB的有限元模型为基础,探究了高强度后浇料强度、力比、高强度螺栓预紧力、混凝土板强度作为参数对负弯矩作用下抗剪连接件局部脱粘处理的钢-混凝土组合梁力学性能的影响。研究结果表明:仅考虑钢梁与钢筋的组合效应时所得的负弯矩作用下钢-混凝土组合梁弹性极限承载力与试验实测值具有较高的吻合度;但不考虑滑移效应的弹性极限状态组合梁刚度会大于试验实测的组合梁刚度,因此建议在计算负弯矩作用下的抗剪连接件局部脱粘处理的钢-混凝土组合梁刚度应考虑滑移效应对刚度的不利影响;预制装配式组合梁上的金属波纹套筒会对裂缝的开展、分布带来极大影响,且预制装配式组合梁的滑移要大于现浇式组合梁的滑移。有限元分析结果显示:混凝土板强度、高强度螺栓预紧力对负弯矩作用下钢-混凝土组合梁的极限承载力、刚度影响很小;提升力比与高强度浇注料的强度可以提升负弯矩作用下钢-混凝土组合梁的极限承载力而不改变组合梁在弹性阶段的刚度。
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