【摘 要】
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腹板开孔钢梁与混凝土板通过栓钉连接形成的组合梁,是利用钢材宜受拉和混凝土宜受压的特点,将两种材料通过连接件组合成整体而共同工作发挥作用的一种新型结构。近几年随着我国经济的发展,钢-混凝土组合梁在国内高层建筑、工业厂房和桥梁等领域应用广泛,尤其在国内大中城市大跨度立交桥建设中钢-混凝土组合梁得到了越来越多的应用,由于车辆荷载的频繁作用,其疲劳问题日益突出。目前对组合梁疲劳的研究相对较少,主要通过试验
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腹板开孔钢梁与混凝土板通过栓钉连接形成的组合梁,是利用钢材宜受拉和混凝土宜受压的特点,将两种材料通过连接件组合成整体而共同工作发挥作用的一种新型结构。近几年随着我国经济的发展,钢-混凝土组合梁在国内高层建筑、工业厂房和桥梁等领域应用广泛,尤其在国内大中城市大跨度立交桥建设中钢-混凝土组合梁得到了越来越多的应用,由于车辆荷载的频繁作用,其疲劳问题日益突出。目前对组合梁疲劳的研究相对较少,主要通过试验的方法,较少用数值分析方法来研究组合梁疲劳性能。本文基于对上述问题的考虑,分析研究钢-混凝土组合圆孔型简支蜂窝梁的疲劳性能,运用有限元软件ABAQUS对不同开孔率、开孔数、腹板高厚比和孔间腹板加劲肋等参数进行了数值模拟计算分析,并对其疲劳强度进行研究。分析了实腹式组合梁跨中截面加载时的疲劳寿命,对比按跨中正应力、剪应力、梁端剪应力和栓钉剪应力算得的疲劳寿命,发现按跨中正应力幅算得的疲劳寿命更安全,可知组合梁结构疲劳设计时更适合选取跨中正应力作为疲劳寿命分析的控制参量。进而分析了初始缺陷对组合蜂窝梁疲劳性能的影响,确定了最不利初始裂缝的位置和初始缺陷的加入方式,在考虑初始缺陷的条件下建立开孔数为3、5、10的组合圆孔型简支蜂窝梁有限元模型,通过改变腹板开孔率进行研究。结果表明,随着开孔率的增大,虽然偶尔会出现应力重分布现象,但组合蜂窝梁的疲劳强度整体上呈现下降趋势,尤其当开孔率大于50%以后,疲劳寿命下降明显。通过分析不同开孔数对组合蜂窝梁疲劳性能的影响,随着开孔数的增加,组合蜂窝梁疲劳寿命会依次由跨中正应力、跨中剪应力和栓钉剪应力控制。在组合蜂窝梁开孔数增加的过程中疲劳寿命并不是一味的降低,虽然开孔数较多,但开孔分布合理避免了出现应力集中,疲劳寿命反而上升,所以在组合蜂窝梁设计时应注意孔的合理分布。研究发现随着腹板高厚比的增加,组合蜂窝梁的腹板受力性能随之降低,当腹板高厚比大于105以后,按各应力求得的疲劳寿命下降明显。增设腹板的孔间加劲肋能够有效改善跨中等截面的应力水平,增加结构的抗疲劳强度及疲劳寿命。
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