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冷弯薄壁型钢—混凝土组合楼盖受力性能研究

贾子文  
【摘要】:冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖作为一种新型楼盖结构,目前其受力性能尚未被完全了解。本文从试验研究、有限元分析及理论分析三个方面,对组合楼盖受力性能进行全面研究,并提出相应的设计方法。 首先通过对压型钢板与楼盖梁连接的螺钉间距、刚性支撑件、楼盖梁数量及边界约束等构造设置不同的冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖足尺模型,进行施工阶段和使用阶段受力性能试验研究,首次系统地分析了:构造设置对组合楼盖施工阶段的强度和刚度、使用阶段的抗弯刚度和自振频率、抗弯极限承载力和破坏机理的影响。研究表明:减小压型钢板与楼盖梁连接的螺钉间距、加强楼盖端部约束、设置刚性支撑件均有利于提高组合楼盖的强度、刚度及自振频率;组合楼盖的抗弯极限承载力随螺钉间距的减小和楼盖梁数量的增加而提高,其破坏特征主要表现为:①楼盖梁发生弯扭屈曲的同时,受压区翼缘、卷边及毗邻腹板出现相关屈曲破坏,屈曲波长约为压型钢板与楼盖梁连接的螺钉间距;②支座附近混凝土翼板与压型钢板为脱离、掀起粘结破坏;③集中荷载作用点处楼盖梁为畸变破坏。 其次利用ANSYS有限元程序对试验模型不同阶段受力性能进行模拟,分别验证了线性有限元分析方法、振动模态分析方法及考虑材料、几何和接触三重非线性有限元分析方法的可行性。并采用ANSYS有限元程序分析了压型钢板与楼盖梁连接的螺钉间距构造设置、楼盖梁板厚、混凝土翼板厚度、压型钢板板型、楼盖梁间距、楼盖宽度、吊顶、刚性支撑件与扁钢带拉条、楼盖梁跨高比及腹板高厚比、钢材强度、混凝土强度等影响因素。分析表明:在施工阶段和正常使用阶段,螺钉间距、楼盖梁和混凝土翼板板厚、楼盖梁间距、楼盖梁跨高比及腹板高厚比改变对组合楼盖的强度、刚度及自振频率影响较大,而压型钢板板型和楼盖宽度则基本没有影响;减小螺钉间距、楼盖梁间距、楼盖梁跨高比和腹板高厚比,提高钢材强度、增大楼盖梁和混凝土翼板厚度及楼盖宽度均能显著地提高楼盖的极限抗弯承载力,但组合楼盖的延性性能却与混凝土强度、楼盖梁间距及楼盖宽度无关。基于此,首次提出了压型钢板与楼盖梁连接的螺钉间距取压型钢板板型的单倍波距时,组合楼盖不同截面规格楼盖梁跨高比、腹板高厚比对应的挠度容许值,在施工阶段不宜超过l/300;在正常使用阶段荷载标准组合下,组合楼盖自振频率不小于1OHz,且对应的楼盖梁跨中挠度不宜大于3.0mm;组合楼盖的简化计算模型—T型截面组合梁模型。 最后采用弹性理论和塑性理论建立了简支T型截面组合梁的理论分析方法,首次提出了考虑楼盖梁跨高比、腹板高厚比等因素影响的挠度修正系数γ(用于施工阶段)、ψ(用于正常使用阶段)和完全抗剪连接承载力修正系数η。推导出以挠度预测简支组合梁自振频率的理论计算公式,并提出了自振频率的修正系数ζi和边界约束修正系数λ。 本文试验研究和有限元分析结果,可供设计及相关研究参考,提出的理论公式在进一步试验验证基础上可用于工程设计。


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