钢-混凝土组合梁连接件刚度理论及负弯矩区性能改进研究

摘要

钢-混凝土组合梁作为一种新型的结构，其受力优良、经济、施工便捷等众多优点都符合现代发展的理念，其综合价值在结构形式的发展中日益展现，目前大多数建筑结构中都有其身影。
　　在钢-混组合梁中，钢和混凝土的交界面有多种连接方式，在众多连接方式中栓钉连接件由于施工方便运用最为广泛，但在使用栓钉连接件的组合梁中，其破坏形式大多为钉帽处混凝土剪坏，说明由于钉帽的影响，钉帽周围混凝土存在应力集中且质量较差等缺点。因此探索新型的抗剪连接件来改善连接件和周围混凝土受力状态是有一定很有必要的，本文将提出一种新型的抗剪连接件。
　　钢-混组合梁在结构受力中，上部混凝土主要承受压力，下部钢梁主要承受拉力，因此能最大程度发挥两种材料的优势，达到物尽其用的目的。但在连续组合梁中，负弯矩区域如仍采用常规组合结构，即上部结构采用混凝土，下部结构采用钢梁，此时混凝土将承受拉力，钢梁将承受压力，此种受力情况不论对钢梁还是混凝土都极将为不利。目前，在工程运用中，大多数采用对混凝土桥面板施加预应力来达到一定的受力要求，但往往会使得负弯矩区域桥面板裂缝较多，耐久性较差，下部钢梁容易屈曲失稳，施工过程也较为繁琐。针对此种情况，本文提出解决负弯矩区域受力不利受力状态的结构形式，并对此种形式提出三种方案进行数值分析。
　　本文在考虑材料和边界条件非线性的基础上，选用通用有限元分析软件ABAQUS对上述两种解决方案进行受力分析，得到以下结论:
　　1)新型抗剪连接件受力较传统栓钉连接件更均匀，能较好的解决栓钉钉帽下部混凝土质量较差、受力不均导致的问题;改进后的新型抗剪连接件既能解决拉拔问题，受力也较均匀，且抗剪刚度与传统栓钉连接件较为接近。
　　2)改进的负弯矩区域结构能较好的解决钢-混凝土组合连续梁负弯矩区域上部混凝土受拉，下部钢梁受压的不利情况，符合负弯矩区域的受力要求，而且相较传统结构施工更简单便捷。其中，方案一较为保守，方案三较为经济。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 钢-混凝土组合梁连接件发展背景

1．2 连接件的发展状况

1．3 连续组合梁负弯矩区发展现状

1．4 刚度理论对结构作用

1．5 有限元理论的发展

1．6 本课题的研究内容

第二章 抗剪连接件

2．1 抗剪连接件的分类

2．1．1 栓钉连接件

2．1．2 型钢连接件

2．1．3 开孔钢板连接件

2．1．4 钢筋连接件

2．2 连接件抗剪承载力计算

2．2．1 栓钉连接件的抗剪承载力

2．2．2 槽钢连接件的抗剪承载力

2．2．3 开孔钢板连接件的抗剪承载力

2．2．4 弯筋连接件的抗剪承载力

2．3 抗剪连接件的变形

2．4 抗剪连接件的布置形式

2．4．1 抗剪连接件的弹性设计方法

2．4．2 抗剪连接件的塑性设计方法

2．4．3 连接件的局部加强设置

2．5 本章小结

第三章 截面刚度计算应用

3．1 换算截面法

3．2 折减刚度法

3．3 有效刚度法

3．4 本章小结

第四章 剪力钉力学性能数值分析

4．1 线性静力分析的基本矩阵方程(位移法)

4．2 有限元软件选择

4．3 连接件试验模拟

4．3．1 模型尺寸相关的规定

4．3．2 试件模型的建立

4．3．3 有限元分析结果

4．4 本章小结

第五章 新型抗剪连接件受力分析

5．1 新型抗剪连接形式的提出

5．2 新型抗剪连接件抗剪性能及刚度分析

5．2．1 模型的建立

5．2．2 模型分析结果

5．3 新型抗剪连接件改进

5．3．1 抗剪性能数值分析

5．4 本章小结

第六章 连续组合梁负弯矩区性能改进探索

6．1 连续组合梁负弯矩区受力性能及解决方式

6．2 一种改进的负弯矩区解决方案的构想

6．2．1 模型的建立

6．2．2 有限元模型分析结果

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 本文主要的研究工作及结论

7．2 进一步的研究与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果