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弹性剪切连接钢—混凝土组合梁受力性能的研究

王鹏  
【摘要】:大量的工程实践证明钢-混凝土组合梁兼顾了钢结构和混凝土结构的优点,是一种具有显著技术经济效益和社会效益的新型结构体系,应用前景广阔,是21世纪土木结构体系的重要发展方向之一。由于钢-混凝土组合梁交接面上的滑移效应所引起的截面抗弯刚度降低,从而导致组合梁变形增大等问题,将成为越来越多研究者所关心的问题。 首先,本文为了达到减小组合梁界面滑移的目的,提出在不增加连接件数量的前提下,通过改变连接件的布置方式,采用分段布置形式。为此选用合理的力学模型,根据组合梁界面的平衡关系、本构关系、几何关系建立了组合梁滑移微分方程的数学模型。并求解出连接件分段布置时组合梁滑移解析解。通过对比分析,计算结果表明此方法有效的减小了组合梁交接面上的滑移,从而可达到了提高组合梁的刚度、承载力和耐久性等目的。 其次,从结构体系的能量观点出发,基于最小势能原理,推导出组合梁的轴力变分模型,从而建立了钢—混凝土组合梁轴力微分方程。并求解出组合梁轴力解析解。然后根据挠度与曲率的关系建立了组合梁挠度微分方程,通过逐步积分的方法得出弹性剪切连接组合梁挠度计算公式。求解出工程中常见的均布荷载、集中荷载,对称集中荷载作用下组合梁挠度解析解。并与折减刚度法进行了对比分析,计算结果表明,折减刚度法计算公式存在一定的适用范围和限制条件。 最后,利用有限元软件ANSYS进行数值模拟计算,分析了四种典型的荷载作用下简支组合梁的交接面的滑移、轴力和挠度分布规律,并与本文理论解析解进行了对比分析。结果表明,理论解析解与有限元模拟数值吻合较好。


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