新型外包钢—砼组合梁受扭性能的试验研究和非线性有限元分析

摘要

新型外包钢—混凝土T形截面组合粱是针对普通工字钢一混凝土组合梁存在的一些缺陷而提出的一种新型组合梁。该组合梁具有结构受力合理、施工工序优化、防火性能较好、综合经济指标高等优点。本课题组对新型外包钢一混凝土T形截面组合梁的受弯性能已经进行了一些试验研究，但目前对其受扭性能的研究尚未展开，这不利于真实地了解该组合梁的综合性能。本文以5根新型组合梁构件的受扭试验和有限元分析为基础，研究了该新型组合梁的混凝土翼板配箍率、弯扭比对组合粱抗扭承载力、变形以及破坏形态的影响。 (1)从试验可以得到；混凝土翼板配箍率对组合梁的抗扭承载力和扭转变形影响较小；弯扭比对组合梁的抗扭承载力和变形影响较大，随着弯扭比的增大，组合梁的最终破坏模式出扭型破坏逐渐转变为弯型破坏。组合梁发生扭型破坏时，混凝土翼板上的裂缝分布与普通混凝土梁破坏时相似，组合粱的抗扭承载力随着弯扭比的增大丽增大，整个组合梁主要表现为扭转变形。组合梁发生弯型破坏时，相对于扭型破坏，混凝土翼板上的斜裂缝显著减少，组合粱的极限扭矩随着弯扭比的增大反而减小，组合梁的变形主要表现为弯曲变形。 (2)建立在试验基础上，进一步利用有限元分析得到：组合梁的界限弯扭比为2。当弯扭比小于2时，组合梁发生扭型破坏，不同弯扭比作用下的的抗扭刚度相差很小。当弯扭比为2时，组合梁前期抗扭刚度与纯扭作用下的抗扭刚度相差很小。当弯扭比为4时，组合梁开裂前的抗扭刚度与纯扭作用下的抗扭刚度相差不大，开裂后的抗扭刚度要明显大于纯扭以及弯扭比小于等于2时组合梁的抗扭刚度。 (3)依据试验以及有限元分析的结果，本文提出了新型组合梁在纯扭和复合受扭作用下发生扭型破坏时的抗扭刚度理论计算公式以及新型组合梁在弯剪扭作用下的弯剪扭强度相关方程。 基于本文研究工作，可望为新型外包钢—混凝土T形截面组合梁的工程设计提供参考。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1普通钢筋混凝土结构受扭的研究概况

1.2钢—砼组合梁受扭构件的研究状况

1.2.1钢—砼组合梁受扭构件的研究状况

1.2.2钢—砼组合梁结构有限元研究状况

1.3工程及研究背景

1.4本文研究的内容及预期的成果

第二章 新型外包钢—混凝土组合梁受扭的试验研究

2.1试件设计

2.2加载及量测设计

2.3试验现象

2.4本章小结

第三章 新型外包钢—砼组合梁受扭作用时的有限元分析与试验验证

3.1新型外包钢—砼T形截面组合梁的有限元模型的建立

3.1.1基本假定

3.1.2用ANSYS进行有限元分析所选取的单元

3.1.3外包钢—混凝土组合梁材料的本构关系

3.1.4单元划分

3.1.5有限元模型的建立

3.2新型外包钢—砼组合梁在纯扭作用下的有限元分析

3.2.1有限元分析和试验验证

3.2.2算例分析

3.3新型外包钢—混凝土组合梁在弯剪扭作用下的有限元分析

3.3.1有限元分析和试验验证

3.3.2算例分析

3.4本章小结

第四章 纯扭和复合受力作用下组合梁的刚度

4.1纯扭作用下的扭转刚度

4.2弯剪扭作用下组合梁的扭转刚度

4.3本章小结

第五章 弯剪扭相关性的分析

5.1钢筋混凝土构件在弯剪扭作用下的相关性分析

5.2新型外包钢组合梁构件在弯剪扭作用下的相关性分析

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2工程设计建议

6.3研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的文章