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《吉林大学》 2009年
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无粘结预应力钢—混凝土组合连续梁理论与试验研究

刘天明  
【摘要】: 钢—混凝土组合结构将钢梁与混凝土顶板通过剪力连接件来共同承担外力的一种新型结构。充分发挥了钢材和混凝土两种材料的力学性能,对其施加预应力可以有效控制连续组合梁负弯矩区的混凝土裂缝,提高组合梁的抗弯性能。由于我国对该种类型结构的研究和应用较少,有必要对其进行系统的理论与试验研究。 通过室内试验,测试了各个受力阶段组合梁连续梁的变形和应力状态,得到了无粘结预应力钢—混凝土组合连续梁在单调荷载作用下的受力特性:在弹性阶段不再符合平截面假定;组合连续梁的混凝土顶板存在剪力滞现象;钢—混凝土交界面处的剪切滑移应变差在预应力钢筋的锚固端和转向点和集中力作用点以及中支点附近较大。施加预应力之后构件仍然具有优良的塑性性能,且弹性范围增大。 通过设置荷载步的方法分析了在预应力和外荷载共同作用下,试验梁的受力全过程,并与试验结果进行了对比,对比结果表明,采用ANSYS模型可以代替试验进行数值模拟分析,研究无粘结预应力钢—混凝土组合连续梁的受力行为特性。 基于弹性理论推导了钢—混凝土组合连续梁在集中荷载作用下和均布荷载作用下剪切滑移应变差的解析表达式,研究了钢—混凝土组合连续梁剪切滑移应变差的分布规律。并与按完全相互作用假设条件计算得出的组合连续梁的应力状态进行了对比,对比结果表明按完全相互作用进行应力验算是偏不安全的。 在混凝土顶板和钢梁之间存在剪切滑移的情况下,基于弹性力学的基本理论,首先建立了集中荷载作用下的钢-混凝土组合简支梁的受力状态的解析表达式。然后把此计算理论进行扩充,建立了集中荷载作用下的钢-混凝土组合连续梁受力状态的解析表达式。 基于弹性力学和复合材料力学的基本理论,建立了考虑混凝土板与钢梁交界面处剪切滑移效应的连续钢-混凝土组合梁的受力特性计算理论模型。采用此理论模型计算了预应力作用下组合梁的受力状态,与试验结果吻合较好,充分说明了本文所建立理论模型的正确性、有效性。
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