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钢-压型钢板混凝土连续组合梁调幅系数的试验研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-11-17  来源:中国模具钢网  浏览次数:493

  系数进行了探讨。

  刖言试验概况钢-混凝土连续组合梁在使用过程中,由于负弯矩区混凝土开裂、钢筋的塑性变形及其锚固的逐渐破坏等塑性性能的出现,尤其是内支座截面负弯矩区塑性铰的逐渐发展,引起连续组合梁内力重分布,其内力和变形与弹性分析结果有明显的差异。因此,考虑结构非线性变形引起的内力重分布可以使计算结果更符合结构的实际受力情况,更准确地预计结构的承载能力和使用性能;而且,考虑内力重分布,可以调整负弯矩区的钢筋布置、方便施工,有利于充分发挥组合梁的优势。目前各国在制定规范时多采用“弯矩调幅法”来考虑连续梁内力重分布的影响,即对按照线弹性理论计算得到的内力值乘以调幅系数作为结构的计算内力。这一方法简便实用,同时反映了结构非线性的部分特征。但如何确定钢-压型钢板混凝土连续组合梁的弯矩调幅系数,到目前为止尚没有见到类似的报道。而弯矩调幅系数,不仅决定了内力计算的精确度,也关系到结构使用的可靠性。

  目前,以压型钢板为底模的组合楼盖在国内的应用已经越来越多。本文在试验研究的基础上,对钢-压型钢板混凝土连续组合梁内力重分布的性能以及调幅基金项目:国家杰出青年科学基金资助项目(50025822);北京市自然科学基金资助项目(8992013)。

  -),男(汉族),山东烟台人,清华大学土木工程系博士研宄生。

  根据简化塑性理论,设计了3根两等跨钢-压型钢板混凝土连续组合梁。试件都采用跨中单点集中加载。试件的具体设计如和表1所示。各试件的几何尺寸及材料性能保持一致,仅改变中支座处负弯矩区纵向受力钢筋的数量,使各梁的力比!分别等于0.227、0.362、0.498.力比!定义如下表1试件主要参数梁号纵筋配筋率p力比R /cu为150mm立方体强度,为按混凝土薄弱截面计算的纵筋配筋率。

  -600,波长200mm,波高60mm,板厚1mm,表面无压痕。混凝土板总高110mm,其中实板部分高50mm.在负弯矩区混凝土实板部分的中间高度沿梁纵向配有边12螺纹钢筋,并伸入正弯矩区25倍钢筋直径的锚固长度。同时,为防止混凝土纵向受剪开裂等其它次生破坏,在混凝土板顶部设有!6-65的横向钢筋,并在每个板肋底部也布置两根横向筋,横向配筋率为0. 16栓钉剪力连接件,在压型钢板每个槽内透过压型钢板各熔焊2个。钢梁为轧制120a工字型钢,根据欧洲规范4的分类,属于第一类密实截面。在负弯矩作用下,可以不考虑钢梁翼缘的屈曲问题。

  试验装置如所示,使用共用同一油路的两个千斤顶同步加载。加载时,在小于80%塑性极限荷载前每间隔5kN量测一次负弯矩区混凝土翼缘的最大裂缝宽度;其后连续加载直至梁的破坏。同时通过混凝土和钢梁上的电阻应变片和位移计自动量测各点的应变值和变形值。

  试验现象和破坏特征试验中可以发现,在10%极限荷载之前,各支座实测反力同弹性计算结果吻合很好,负弯矩区混凝土没有开裂,此时组合梁处于弹性阶段。随着荷载继续增加,首先在最大负弯矩截面附近混凝土薄弱截面的翼缘上表面中部出现第一条横向裂缝,然后向板边缘发展贯通,并沿梁跨方向在负弯矩区段逐渐形成均匀分布的横向裂缝,裂缝平均间距约为100mm.此时各支座反力与弹性计算结果差异较大,实测负弯矩小于弹性计算值,组合梁发生一定程度的内力重分布。这一阶段裂缝发展缓慢,最大宽度基本小于0.2mm,钢筋大部仍处于弹性阶段。当荷载大于85%极限荷载以后,钢梁及部分钢筋已经屈服,裂缝发展迅速,很快超过0.3mm.中支座截面受拉钢筋屈服,形成塑性铰,其后负弯矩不再增加或仅略有增加,而跨中正弯矩继续增加,直到跨中也形成塑性铰,同时梁刚度急剧下降,组合梁丧失其承载力。此时,各试件的调幅系数均超过30%.由可见,实测的曲线明显不同于弹性计算结果,说明连续组合梁已经发生了相当程度的内力重分布。

  试验中,特别注意对裂缝宽度进行了量测。实测的荷载与混凝土翼缘最大裂缝宽度曲线如所示。

  对于本次试验的各试件,使用荷载下的最大裂缝宽度均满足现行规范的要求。

  4调幅系数的理论计算和分析在荷载作用下组合梁截面的塑性转动能力可以由曲率差表示。其中是梁丧失承载能力时的极限曲率;是组合梁截面屈服时的曲率。这样,组合按忽梁支座截面的极限塑性转角理论上可以对全梁应用曲率积分法得到。但由试验结果可以发现,截面曲率主要集中在塑性铰发展的区域。极限塑性转角可以简化为性铰区长度,根据试验结果,可取!P)i.75,是梁高;为组合梁负弯矩作用下丧失承载力时钢梁下翼缘的极限应变,根据对本文及试验数据的回据如所示。

  本文度,根据计算;L为梁每跨的长度;i为组合梁正弯矩段的折减刚度与中支座负弯矩段的刚度之比;i为负弯矩段的长度与梁跨L之比,对于单点跨当连续组合梁达到其极限强度时,负弯矩区必须具有足够的转动能力以满足弯矩重分布的要求,使正弯矩区的强度充分发挥。所以支座处的转角要满足令0),可以分别得到三种情况下组合梁支座处负弯矩极限调幅值的表达式B和中调幅系数的试验值及根据公式(6)得到的计算值也列于表2和中。由可以看出,多跨连续梁中支座的调幅系数比两跨连续梁的调幅系数大约低109左右。为保证设计过程的统一和方便,以曲线(3)来控制连续梁的调幅值比较合理。因此,在满足强度和使用条件并考虑到方便设计施工,对连续组合梁的调幅限值做如下建议:5时,调幅系数aa=0.2;25时,调幅系数aa:0.3;!在0.25至0.5之间时,调幅系数按线性变化aa 0.5时,负弯矩区混凝土裂缝宽度无法满足组合梁正常使用要求的限制;同时,组合梁达到极限负弯矩时,钢梁下翼缘可能提前压屈,因此在使用中限制组合梁的力比!-0<5是合理的。根据以上建议,最大调幅系数的限值范围示于图中。在这一限制条件下,组合梁在使用荷载下的裂缝宽度及挠度都能够满足现行规范的要求。试验同时证明,钢-压型钢板混凝土连续组合梁的调幅系数可以采用与普通连续组合梁相同的公式进行计算。

  表2计算与实测调幅系数的比较力比跨高比调幅系数数据来源梁编号试验值计算值试验值本文结论根据以上的试验和分析,可以得到下面几点结钢-压型钢板混凝土连续组合梁在保证力比!和构造要求的前提下,各试件负弯矩区塑性铰的转动能力均满足内力重分布的要求。

  2=0.5内的连续组合梁在使用荷载下最大裂缝宽度及跨中挠度都能够满足现行规范的要求。

  本文建议的弯矩调幅限值计算公式与实测结果吻合良好,按此建议设计可以有效地发挥组合梁的优点。

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