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由于型钢混凝土组合结构具有承载力高、刚度大、截面小、结构延性好等优点,近年来,型钢混凝土结构在建筑结构中的应用越来越广泛。在高层建筑中采用型钢混凝土开孔梁,使各种管道设施从梁孔洞中穿过,可以使结构高度降低,使用空间相对增大,自重减轻,从而获得显著的经济和社会效应,因此开孔梁在现实工程中有着广阔的应用前景。然而梁腹部开孔后,将使开孔区成为梁受力的薄弱环节,使梁的刚度和抗裂能力降低,梁的承载力减少。
而目前,国内对腹部开孔型钢混凝土梁的研究还不充分,特别是开孔深梁,无论是试验数据还是理论成果,都较为缺乏。这影响了工程的正常设计,阻碍了该构件形式的推广。针对此种情况,本文对腹部开孔型钢混凝土深梁的力学性能进行了初步研究。研究分为以下两个部分。
第一部分是三维非线性有限元分析。采用非线性有限元分析方法,模拟腹部开孔型钢混凝土深梁的力学性能。对孔洞周边的钢筋、型钢和混凝土的应力变化规律、挠度、承载力、裂缝等数据进行了详细的分析,总结了其受力特点和规律。同时对腹部开孔型钢混凝土深梁的力学性能的影响因素进行参数分析。主要参数包括孔洞的形式、位置以及尺寸、剪跨比、型钢腹板厚度、型钢的强度、混凝土强度、底部纵筋配筋率、腹筋配筋率、箍筋配筋率等。
第二部分是压杆—拉杆模型分析。通过有限元分析,摸清构件的应力、应变分布和内力的传递途径和受力机理的基础上,建立压杆—拉杆力学模型。通过对力学模型的分析,明确型钢和混凝土对构件剪切承载力的贡献,以进一步了解腹部开孔型钢混凝土深梁的力学性能。
限于现实条件的限制,本文只是对腹部开孔型钢混凝土深梁的力学性能进行初步的探讨,为了更全面的了解该构件形式的力学性能以及给出一套完善的设计公式和构造要求,尚需要进一步深入地开展研究。