外包钢—混凝土组合梁试验研究

摘要

外包钢—混凝土组合梁是在由薄壁冷弯型钢与厚钢板焊接而成的U型钢槽内浇灌混凝土，并通过适当的构造措施使两者共同工作形成的一种新型的钢与混凝土组合梁，此类构件较之一般的钢与混凝土组合梁而言具有受力性能提高、施工工序优化、防火性能改善、综合经济指标提高等优点。本文针对外包钢—混凝土组合梁的具体特点进行了试验研究和理论研究，全文所做的工作和相关的研究成果如下： 本文通过14根简支外包钢—混凝土组合梁的试验研究，分析了该类构件的破坏形态、荷载—挠度曲线、荷载—应变曲线和沿截面高度方向的应变分布等，初步掌握了外包钢—混凝土组合梁受力性能，同时也验证了理论模型的正确性。 完全剪切连接的外包钢—混凝土组合梁近似地符合平截面假定，而部分剪切连接的组合梁的钢与混凝土分别符合各自的平截面假定，本文分别推导了完全剪切连接和部分剪切连接的外包钢-混凝土组合梁的正截面极限抗弯承载力计算公式，按照该公式的计算结果与试验结果吻合良好。 本文分析了纵向滑移对梁变形和刚度的影响，推导了外包钢—混凝土组合梁在弹性阶段变形的理论计算公式，并且按照折减刚度法建立了该梁在弹性阶段挠度和刚度计算的实用公式，按照该公式的计算结果和试验结果吻合良好。 本文初步分析了外包钢—混凝土组合梁三类薄弱面的纵向剪切破坏机理，并针对三类薄弱面分别给出了纵向抗剪连接件的设计和计算方法。 本文利用大型有限元分析程序ANSYS的APDL语言进行了二次开发，对外包钢—混凝土组合梁进行了非线性有限元分析。分析中重点考虑了材料非线性和接触非线性，重点分析了由于试验条件限制难以测定的滑移分布规律。此外，本文还利用ANSYS的优化模块确定了外包钢—混凝土组合梁经济的截面形式。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2钢与混凝土组合梁在国外的发展

1.2.1 20-30年代，萌芽阶段

1.2.2 40-50年代，发展阶段

1.2.3 60-70年代，全面研究，实用阶段

1.2.4 80年代至今，深入研究，推广应用，完善规范阶段

1.3钢与混凝土组合梁在我国的发展和应用概况

1.4钢与混凝土组合梁的理论研究现状

1.4.1钢—混凝土组合梁

1.4.2钢骨混凝土组合梁

1.4.3钢管混凝土组合梁

1.4.4外包钢—混凝土组合梁

1.5课题研究的意义和主要工作

第二章外包钢—混凝土组合梁的静力试验研究

2.1概述

2.2试件的设计与制作

2.3加载方式与测点布置

2.4试验结果分析

2.4.1破坏形态

2.4.2试件荷载—挠度曲线及说明

2.4.3试件跨中上表面混凝土荷载—应变曲线及说明

2.4.4试件跨中底部钢板荷载—应变曲线及说明

2.4.5试件沿截面高度方向应变分布及说明

2.5本章小结

第三章外包钢—混凝土组合梁的极限抗弯承载力研究

3.1概述

3.2外包钢—混凝土组合梁理论公式的假设及推导

3.2.1完全剪切连接的外包钢—混凝土组合梁

3.2.2部分剪切连接的外包钢—混凝土组合梁

3.3公式的验证和讨论

3.4本章小结

第四章外包钢—混凝土组合梁刚度和变形的计算

4.1概述

4.2滑移效应引起的附加变形的理论分析和公式的建立

4.2.1任意位置有集中荷载作用的简支梁

4.2.2任意段有梯形分布荷载作用的简支梁

4.2.3三种典型荷载示例

4.3变形和刚度的实用公式的建立

4.4试验结果分析

4.5本章小结

第五章外包钢-混凝土组合梁的纵向剪切破坏机理研究及 其纵向抗剪连接件的设计

5.1概述

5.2纵向剪切破坏的机理分析

5.2.1第一薄弱面纵向剪切破坏

5.2.2第二薄弱面纵向剪切破坏

5.2.3第三薄弱面纵向剪切破坏

5.3纵向抗剪连接件的设计方法

5.3.1第一薄弱面上纵向抗剪连接件的设计方法

5.3.2第二薄弱面上纵向抗剪连接件的设计

5.3.3第三薄弱面上纵向抗剪连接件的设计

5.4本章小结

第六章外包钢—混凝土组合梁的有限元分析

6.1概述

6.2 ANSYS及其APDL语言和基于APDL语言的优化功能概论

6.2.1有限元软件ANSYS简介

6.2.2 APDL参数化概论

6.2.3基于APDL的优化设计概念和设计优化过程

6.3外包钢—混凝土组合梁建模方法

6.3.1建模方法概述

6.3.2单元的选取和材料的定义

6.3.3其它

6.4外包钢—混凝土组合梁参数化建模及二次开发

6.5外包钢—混凝土组合梁算例及说明

6.5.1前处理(PREP7)

6.5.2求解(SOLUTION)

6.5.3通用后处理(POST1)

6.5.4沿截面高度方向的应变分布和平截面假定的验证

6.5.5梁的纵向滑移分布

6.6外包钢—混凝土组合梁相对滑移分布规律

6.7 ANSYS的优化模块在外包钢—混凝土组合梁研究中的应用

6.7.1概述

6.7.2算例

6.8本章小结

第七章总结与展望

7.1全文总结

7.2研究展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

致谢