型钢混凝土悬臂梁开裂过程的研究

摘要

型钢混凝土构件是在混凝土中主要配置型钢，也配有构造钢筋及少量受力钢筋。根据配钢形式可分为空腹式和实腹式。空腹式配钢是由角钢构成的空间桁架式的骨架。实腹式主要有工字钢、槽钢及H型钢等，本文主要研究配工字钢的型钢混凝土悬臂梁。型钢混凝土结构中配有型钢，与钢筋混凝土构件相比含钢率较高，因此对同等截面形式而言，型钢混凝土结构比钢筋混凝土钢筋结构的承载力大大提高。混凝土中配置型钢以后，型钢与混凝土相互约束，一方面混凝土包裹型钢，在构件达到承载力前，型钢很少发生局部屈曲，所以一般在构件中配置型钢不需要加设加劲板，混凝土对于其中的型钢来说是最好的保护层，不论是防火、防腐和防锈方面都比钢结构有明显优越性，另一方面，型钢又对核心混凝土起着约束作用，尤其是配置方钢管的闭口型钢，约束作用更为显著。同时因为整体的型钢比钢筋混凝土中分散的钢筋刚度大得多，所以型钢混凝土悬臂梁构件比钢筋混凝土构件的刚度明显提高，在超高层建筑及高耸结构中采用型钢混凝土结构和在下部局部采用型钢混凝土结构，可克服高层及高耸结构变形过大的缺点。型钢混凝土结构具有良好的延性和耗能性能等优点，尤其配有实腹式型钢的型钢混凝土构件。配有空腹式的型钢混凝土构件的延性与耗能性能也比钢筋混凝土构件有所改善。由于型钢混凝土结构具有强度高，刚度大、良好的延性以及耗能性能，型钢混凝土结构特别适用于地震区，尤其是地震区的高层及超高层建筑。由于型钢混凝土悬臂梁嵌固某一刚性区域，从而悬臂梁固定端混凝土应力比较复杂。为了研究型钢混凝土梁开裂，保证梁端的抗裂性能及安全性能。本文基于4个型钢混凝土悬臂梁的试验结果，本人选取分离式模型，Saenz提出的混凝土本构关系，采用大型通用有限元分析软件Ansys重点分析了型钢混凝土悬臂梁开裂，并且还研究了悬臂梁裂缝的开展过程。Ansys模型分析结果表明型钢混凝土悬臂梁开裂符合规范要求。为进一步研究型钢混凝土结构和钢筋混凝土结构提供了较好的借鉴。