H型钢-混凝土梁负弯矩的力学变化.pdf
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1、 :型钢 混凝土梁负弯矩的力学变化收稿日期:作者简介:李朋亚(),男,硕士,工程师,从事变电站土建设计工作李朋亚,孙长昊,高承香,倪亮贤,晏永东(甘肃电通电力工程设计咨询有限公司,甘肃 兰州 )摘要:介绍一种将新型角钢接头埋设于复合梁复合结构,以实现其快速、安全和高效的施工。通过对预制底板突出弯筋的型钢筋混凝土叠合板复合梁、预制底板嵌入新型角钢连接件和整浇叠合板的实验研究,分析和比较了三组复合梁在负弯矩作用下荷载 挠度分布、界面滑移、裂缝分布和截面应变分布的异同。试验结果显示,将新型角钢接头嵌入到组合梁中,可使型钢筋混凝土叠合板具有较好的综合性能和较高的弯曲刚度。而在组合梁基础上预埋新型角钢接
2、头的 型钢 混凝土叠合板组合梁的滑动变形比预制构件的弯肋凸起和整体叠合板的滑动变形小,最大滑移量仅为预制底板弯杆突起的 。关键词:型钢;混凝土叠合板;负弯矩;力学性能中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言近年来,随着钢结构住宅体系的大力推广和建筑工业化水平的提高,钢 混凝土复合结构由于其具有结构上的优越性、低碳、环保等优点,已被大众所接受。且 型钢混凝土组合梁因其自重轻、承载能力高等优良特性,在钢结构建筑中得到广泛应用 。组合梁混凝土板在正弯矩作用下与钢梁表现出良好的协同效应。目前,现浇和预制装配式组合梁在正弯矩下的力学性能在学术界已经得到了较好的研究。在框架结构中,由于处于支撑状态的连续
3、梁构件通常会产生很大的负弯矩,因此必须对其进行分析。混凝土板在组合梁负弯矩作用下承受拉应力,由于混凝土开裂强度低,裂缝的发展对组合梁的力学性能有较大的不利影响。邢万里等 研究了现浇柱组合梁在负弯矩下的抗裂性。结果表明,外预应力可有效提高组合梁的综合应力性能,对滑移有显著影响。张冬芳等 和秦华乾等 考虑了混凝土板和钢梁之间滑动对组合梁刚度的不利影响。在原有等效截面的基础上改进挠度计算方法计算刚度,对现浇柱组合梁挠度计算具有较高的精度。武芳文 提出了一种新的抗拔限制和允许滑移技术。结果表明,对剪切连接器的改进可以在不改变试件刚度和极限承载力的情况下大大改善混凝土的开裂性。目前,型钢混凝土叠合板组合
4、梁在负弯矩下的力学性能尚不清楚。基于此,本文分析了负弯矩下种不同结构形式的 型钢混凝土叠合板组合梁破坏模式、荷载挠度、挠度分布、界面滑移、断裂分布的差异,验证了预制底板预埋角连接器钢叠合板组合梁应力的合理性。通过对钢筋混凝土复合结构体系的受力分析,可以为实际工程的实际应用及设计工作带来一定的借鉴意义。试验材料与方法 试样设计新能源商用车电控及驱动系统研发与产业化建设项目 号楼(研发厂房)为钢结构厂房,其中钢结构采用 型钢混凝土叠合板组合梁,该组合梁具有较好的强度与抗弯性能,可以满足该工程的使用。但在钢结构安装时,发现组合梁由于钢结构变化,会产生负弯矩,对组合梁的力学性能会产生极大的影响,且会对
5、钢结构整体性能产生不利的影响。需要对组合梁进行加固,并研究组合梁在负弯矩下的变化。因此根据规范要求,设计了三个全尺寸复合梁试件 ,和 。为 型钢混凝土叠合板复合梁。是一种 型钢筋混凝土叠合板复合梁,采用预制底层平面带弯头钢筋的形式。为预制底板嵌入新型角钢连接件,组合梁的具体尺寸见图 。试验材料三组试件的钢梁尺寸和材质相同,钢梁的尺寸为热轧中翼缘 型钢,梁具有 的高度、的翼缘、的腹板和 的翼片的厚度。梁的总长 ,其设计强度为 。梁用单排螺柱剪切连接器焊接,螺柱的类型是 ,直径为 ,高度 ,螺柱的间距是 。钢筋混凝土板的整体长度是 ,和钢梁一样。单个预制底板的大小是 ,纵向和横向钢筋用 。预埋件和
6、现浇混凝土的设计强度分别为 。,各有 个预制底板,预制底板的上弦和下弦分别为 和 级钢筋,腹板为 级钢筋。角钢为 ,长度为 ,角钢上的弯曲钢筋为 级钢筋。是在 和 现浇层中第 卷 第 期年 月山西建筑 浇筑的对比组,钢筋网是双向双层钢筋,钢筋规格为 。?试验方法使用范围为 的液压千斤顶在简支梁跨度内提供垂直集中荷载。为了在负弯矩下使受拉组合梁上的混凝土板和受压钢梁下翼缘的应力状态相等,组合梁的顶部和底部倒置并简单支撑,荷载通过厚度为 、边长为 的钢板施加在组合梁跨中钢梁的下翼缘上。测试确保垂直荷载与组合梁的重心位于同一垂直平面内。在开始荷载作用下,先用 左右的载荷进行预荷,然后进行卸荷。载荷可
7、划分成力矩和位移两种形式,为第一级加载,直到载荷达到 ,之后为 ,直到力不能明显增加,再转换成连续载荷的位移。在发生过量变形后,继续对试件进行持续的加载,直至其处于测试终止状态。测量包括挠度、滑移、裂缝。挠度、滑移是用位移计测量的 ;裂缝是用裂缝观测仪测量宽度的。其中 为组合梁挠度测定位移计,为组合梁组合界面自由端滑移,为组合梁组合 界 面 相 对 滑 动 测 定 位 移 计。具 体 布 置 如 图 所示。结果与讨论 荷载位移曲线图 为跨中荷载位移曲线。由图 可知,在加载阶?段开始时,组合梁处于弹性阶段,随着荷载的增加,位移呈线性增加,钢梁和混凝土叠合板共同作用,抵抗荷载。和 的开裂荷载相同,
8、大致在 ,这个阶段的线刚度为 。比这两个小,开裂荷载约为 ,线刚度为 。当试件开裂后,随着荷载的增加,曲线由线性变为非线性并逐渐变慢,线刚度逐渐变小,三组试件的抗弯能力都有所下降。造成这种现象的原因是,随着荷载的增加,混凝土叠合板和钢梁逐渐滑移,协同效应降低,裂缝迅速增长 。的 屈 服 荷 载 为 ,的 屈 服 荷 载 为 ,整浇叠合板的屈服荷载为 。的屈服位移为 ,的屈服位移为 。这说明角钢剪力连接件可以抵抗混凝土叠合板和钢梁之间一定的滑移,加强钢梁 混凝土叠合板的整体性,增加其协同能力,提高整体刚度。加载后期为破坏阶段,由于荷载的增加,钢梁翼缘在加载垫附近发生局部屈曲。随着位移的增加,承载
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