考虑钢梁剪切和界面滑移的组合梁刚度及有效宽度研究

摘要

在钢-混凝土组合梁中，钢梁的截面面积非常小。而在组合梁中，只有钢梁的腹板被认为是抗剪的。因此，即使在相同的荷载下，组合梁中钢梁腹板中的剪应力和剪应变也都要比纯钢梁中的大。而这，将会导致不可忽视的剪切变形。本文在已有的考虑界面滑移的组合梁理论的基础上，对钢梁引入Timoshenko梁模型，建立了综合考虑钢梁剪切变形和界面滑移的钢—混凝土组合梁理论。其主要内容如下:
　　(1)推导了均布荷载情况和跨中集中荷载情况的考虑钢梁剪切变形和界面滑移的组合梁精确解析解;
　　(2)推导了考虑剪切变形的无滑移理论。该理论得到了剪切挠度的简便计算方法，从而获得了粗略的简化计算公式。
　　(3)运用ANSYS有限元软件验证了解析解的正确性。同时解析解也与他人的试验结果吻合很好。且结果表明，由于考虑了钢梁剪切变形的影响，解析解比文献[4]中的公式更接近实验结果。
　　(4)采用逆解法得到了正弦荷载作用下的形式简单的组合梁挠度。从而得到了便于实际应用的组合梁折减后等效刚度的计算公式。与理论解析解的对比表明，该简化公式精度极好。
　　而在前述理论中，混凝土板是被当作各向同性的扁梁来考虑的，且其有效宽度是通过规范直接给定的。而在实际工程中，由于混凝土板与钢梁连接处会因承受负弯矩而开裂，且具有一定的方向性。因此混凝土板此时在不同方向的力学性能表现不一。故本文还探究了混凝土板负弯矩区开裂对有效宽度的影响。其主要内容如下:
　　(1)采用符合实际工程的连续板边界条件，推导得到全部均匀开裂的板有效宽度。
　　(2)推导得到负弯矩区部分开裂的板有效宽度。
　　(3)提出板有效宽度的开裂折减系数，并提出拟合公式以简便计算。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 考虑界面滑移影响的钢-混凝土组合梁理论的研究进展

1．2．1 国外研究进展

1．2．2 国内研究进展

1．3 钢-混凝土楼板有效宽度的研究进展

1．4 本文主要工作

第二章 考虑钢梁剪切变形影响和界面滑移的组合梁理论

2．1 引言

2．2 均布荷载情况解析解推导

2．2．1 基本假设

2．2．2 平衡微分方程

2．2．3 均布荷载情况的解析解

2．2．4 k较大时，S-khs1hc2＜0的情况

2．2．5 能量法

2．3 集中荷载情况解析解推导

2．4 本章小结

第三章 理论比较、ANSYS验证及试验对比

3．1 引言

3．2 算例验证

3．2．1 均布荷载情况算例

3．2．2 跨中集中荷载情况算例

3．3 无滑移(k无穷大)理论

3．3．1 无滑移理论解析解推导

3．3．2 无滑移理论的ANSYS验证

3．4 考虑钢梁剪切变形及界面滑移的ANSYS验证

3．5 试验对比

3．6 本章小结

第四章 考虑钢梁剪切变形和界面滑移的组合梁理论简化公式

4．1 引言

4．2 剪切挠度的简化计算及粗略的简化公式

4．2．1 剪切挠度的简化计算方法

4．2．2 粗略简化公式的验证

4．3 更精确的简化公式

4．3．1 逆解法理论推导

4．3．2 均布荷载情况的简化公式

4．3．3 跨中集中荷载情况的简化公式

4．4 本章小结

第五章 考虑负弯矩区开裂的组合梁混凝土板有效宽度

5．2．1 钢-混凝土组合梁翼板模型及混凝土开裂模型

5．2．2 板平面内应力分析

5．2．3 理论解与ANSYS有限元分析结果比较

5．3 部分开裂混凝土板的有效宽度

5．3．1 板平面内应力分析

5．3．2 混凝土有效高度ke1、开裂程度η对有效宽度的影响分析

5．3．3 拟合公式

5．4 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献