部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区抗弯承载力分析

摘要

钢-混凝土组合梁充分发挥了钢材的抗拉强度和混凝土的抗压强度，以及相对简便的施工方法与经济技术优势，使其在土木工程中广泛的应用。而钢-混凝土连续组合梁相比简支梁具有更大的截面刚度、更高的跨越能力和较小的结构高度，在很多情况下更具有竞争力。然而钢-混凝土连续组合梁中支座附件负弯矩区的混凝土翼板处于受拉、钢梁处于受压的不利状态，基于上述问题本文提出了一种新型组合结构形式部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁：这是在方形钢管混凝土和钢箱-混凝土组合梁基础上发展的一种新型组合结构；其正弯矩区为传统钢箱-混凝土组合梁截面形式，而在负弯矩区段的受压箱室内充填混凝土，改善钢梁受压部位的受力性能，从而提高了钢箱的局部稳定性，也提高了组合梁负弯矩区截面的强度和刚度，使其能更好的适应连续梁的结构受力特点。
　　本文结合国家自然科学基金资助项目，通过试验研究、理论计算和数值模拟，对新型组合梁负弯矩区的力学性能、混凝土翼板裂缝发展规律以及抗弯承载力开展了较深入的研究：
　　（1）通过6根简支梁的静力加载试验，对组合梁混凝土翼板裂缝发展规律、腹板局部屈曲、截面刚度及承载力等进行了试验研究；整理试验数据，得到了负弯矩作用下组合梁截面的应变分布规律和界面相对滑移。
　　（2）试验研究了负弯矩区混凝土翼板的开裂弯矩，考虑了混凝土的收缩应力对开裂荷载的影响，推导出组合梁负弯矩区开裂荷载理论计算式，试验结果和理论计算值较好的吻合。
　　（3）通过换算截面原理以及混凝土翼板参与受拉的程度系数m来确定连续组合梁截面惯性矩与抗弯刚度，推出了部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的弹性抗弯承载力理论计算式；并基于简化的塑性理论得到了连续组合梁负弯矩区的极限抗弯承载力计算方法。
　　（4）通过建立三维有限元数值分析模型，对部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁在负弯矩作用下的受弯全过程进行了非线性数值模拟。计算得到了简支梁跨中荷载-挠度曲线、纵向钢筋和腹板应力-应变关系曲线，将模型的数值分析结果与试验值相比较，两者较好吻合，说明本文建立的数值模型是有效的。

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第1章 绪 论

1.1 概念

1.2 钢-混凝土组合梁的发展应用与研究现状

1.3 钢-混凝土组合梁双组合作用的研究

第2章 部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁试验研究

2.1 试验内容和目的

2.2 试件设计与制作

2.3 材性参数

2.4 试验装置及加载方案

2.5 测定布置

2.6 试验过程描述与分析

2.7 本章小结

第三章 试验结果分析

3.1 挠度曲线

3.2 滑移结果

3.3 挠度计算

3.4 屈曲破坏

3.5 纵向钢筋与钢箱的应变分布

3.6 混凝土翼板裂缝产生及发展

3.7 截面剪应力分布

3.8 本章小结

第四章 部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩抗弯承载力计算

4.1 基本概述

4.2 弹性抗弯承载力

4.3 截面弹性抗弯承载力计算

4.4 承载极限状态下的抗弯承载力

4.5 本章小结

第五章 部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁有限元分析

5.1 有限元模型建立的基础

5.2 组合梁有限元数值模型

5.3 有限元计算值与试验结果对比

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文结论

6.2 展望

参考文献

个人简历

致谢