组合钢板梁抗剪承载力试验和理论研究

摘要

钢-混凝土组合梁受力性能优异，在中小跨径桥梁中有较强的技术经济优势。加之近年来我国钢铁去产能的政策推动，钢-混组合梁桥得到大力发展，应用前景极为广泛。然而各国组合梁抗剪规范偏于保守，钢板梁抗剪拉力场理论及以其为基础的组合钢板梁抗剪拉力场理论均未对不发生腹板剪切屈曲的钢板梁抗剪承载力计算作出规定，需进一步完善。因此本文通过试验和理论研究，对组合钢板梁的抗剪承载机理及破坏模式进行了研究，主要工作内容如下：　　(1)设计并完成了4次简支钢板梁抗剪全过程加载试验，掌握了其抗剪破坏模式和破坏特征，同时获得了钢梁顶底板弯曲应变、腹板主应变、加载点变形、顶底板变形、腹板面外变形等关键试验结果；建立了ABAQUS模型并得到了试验钢板梁仿真分析结果。　　(2)基于拉力场理论提出了适用于腹板不发生弹性剪切屈曲的钢板梁扩展拉力场理论，研究获得了发生与不发生剪切屈曲的钢板梁抗剪承载力理论值。参考AISC1997标准、AASHTO2012规范、欧洲规范3、我国规范GB50017计算得出试验钢板梁抗剪承载力。　　对比结果显示：规范偏于保守，本文提出的扩展拉力场理论计算钢板梁抗剪承载力准确度较高，并与试验、仿真结果吻合良好，可为工程设计提供参考。　　(3)完成了4次简支组合钢板梁抗剪全过程加载试验，掌握了其抗剪破坏模式和破坏特征，并获得相应的试验结果；建立了ABAQUS模型并得到了试验组合钢板梁仿真分析结果。　　(4)基于本文提出的适用于钢板梁抗剪承载力计算的扩展拉力场理论，提出了适用于组合钢板梁抗剪承载力计算的扩展拉力场理论，研究获得了试验组合钢板梁的抗剪承载力理论值。参考美国规范、欧洲规范4、我国规范和澳大利亚规范计算得出试验组合钢板梁抗剪承载力。　　对比结果显示：规范只保守考虑钢梁腹板抗剪；组合钢板梁抗剪强度明显高于钢板梁；本文提出的扩展拉力场理论计算组合钢板梁抗剪承载力准确度较高，并与试验、仿真结果吻合良好，可为工程设计提供参考。

目录

声明

符号表

第1章 绪论

1.1选题背景

1.2组合钢板梁概述

1.2.1组合钢板梁研究现状及工程应用

1.2.2组合钢板梁的优势

1.2.3组合钢板梁存在的问题

1.3组合钢板梁抗剪承载力研究现状

1.3.1钢板梁抗剪研究

1.3.2组合钢板梁抗剪研究

1.3.3考虑弯矩的组合钢板梁抗剪研究

1.4本文主要研究内容

第2章 钢板梁抗剪计算理论与仿真研究

2.1概述

2.2钢板梁抗剪承载力理论研究现状

2.2.1拉力场理论

2.2.2旋转应力场理论

2.3钢板梁抗剪承载力计算规范

2.3.1美国规范

2.3.2欧洲规范

2.3.3中国规范GB50017

2.4本文提出的钢板梁抗剪计算理论

2.4.1基本假定

2.4.2计算公式

2.5有限元模型

2.5.1单元类型与接触条件

2.5.2本构关系

2.5.3求解方法

2.5.4荷载-位移曲线

2.6本章小结

第3章 钢板梁抗剪性能试验

3.1试验目的与思路

3.2试验方案

3.2.1试件设计

3.2.2 试验结果

3.3仿真结果

3.3.1荷载-位移曲线

3.3.2试验梁MIises等效应力云图

3.3.3翼缘应变-位置曲线

3.3.4翼缘竖向位移

3.4理论验证与适用性讨论

3.4.1抗剪极限承载力

3.4.2塑性铰位置

3.5本章小结

第4章 组合钢板梁抗剪试验与理论研究

4.1概述

4.2组合钢板梁抗剪承载力计算理论

4.2.1拉力场理论

4.2.2其它理论

4.3组合钢板梁抗剪承载计算规范

4.3.1美国规范

4.3.2欧洲规范 EC4

4.3.3中国规范

4.3.4澳大利亚规范

4.4本文提出的扩展拉力场理论

4.4.1钢板梁的抗剪承载能力Vs

4.4.2混凝土板抗剪承载能力Vc

4.5有限元模型

4.5.1模型建立

4.5.2模型结果

4.6组合钢板梁抗剪试验

4.6.1试验目的与思路

4.6.2试验方案

4.6.3试验结果

4.7理论验证与适用性讨论

4.7.1抗剪极限承载力

4.7.2塑性铰位置

4.8本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录 B 考虑弯矩修正的钢板梁抗剪承载力