组合梁共同工作性能分析及型钢加固混凝土板的试验研究.pdf

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1、东南大学硕士学位论文组合梁共同工作性能分析及型钢加固混凝土板的试验研究姓名：黄强申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：曹双寅20060301组合梁共同工作性能分析及型钢加固混凝土板的试验研究摘要随着社会的不断进步和经济水平的快速增长，人们愈加关注工程技术的创新性研究和实际应用中的可持续性发展。在土木工程的维修与加固领域中，我们也必须重视这样一种发展的趋势。因此，怎样最大程度的利用现有资源进行技术革新，探索结构维修与加固的先进方法，是目前世界各国研究的一个焦点。而传统组合梁的诸多优点可应用在加固工程领域，研究传统组合梁的理论成果如何应用在加固领域中对充分发挥材料的性能具有十分重要的意义。本文

2、首先借助于有限元程序共进行1 7 0 余根组合梁构件、2 0 余组组合梁空问模拟试验。重点考察组合梁交接面间的连接性能差异导致的构件的共同工作性能变化。然后通过变化参数，分析了不同栓钉布置方式、混凝土强度、混凝土板高、混凝土有效翼缘宽度、钢梁强度、钢梁大小、荷载状态下，组合梁的在不同连接程度下的挠度、弹性承载力的变化趋势。有限元分析为接下来的试验设计提供了参考依据。接着进行了4 根二次成型的型钢加固混凝土板的试验研究，不同的构件主要区别就是连接方式和剪力连接程度的差异，着重分析该类构件的破坏形态、荷载一挠度曲线、荷载一应变曲线、荷载一滑移曲线和沿截面高度方向、沿梁长的应变分布。试验结果表明锚栓

3、连接组合梁与传统组合梁受力状态形态较为相似的，荷载一挠度曲线可分为线弹性阶段、弱非线性工作阶段、弹塑性工作阶段。传统组合梁的诸多优点可以应用在加固工程中，但需要对其应用的传统组合梁计算公式做出一定的改进。本文对钢一混凝土组合梁无共同工作、部分共同工作、完全的共同工作三种状态下的受力性能进行了理论分析。分别采用有效弹性刚度法、改进有效弹性刚度法、半经验公式法、材料力学截面分析法计算钢一混凝土组合梁的挠度，并与有限元结果和试验结果进行对比分析，指出了各种方法的适用范围。对应用与加固工程中，提出了锚栓连接组合梁的挠度改进公式。分别采用极限平衡法和半经验公式法计算钢一混凝土组合梁的承载力，并与有限元结

4、果和试验结果进行对比分析，提出锚栓连接组合梁的承载力改进公式。最后对滑移规律进行了初步的分析，利用统计软件提出了组合梁交接面滑移的经验公式。关键词：加固、型钢、组合梁、共同工作、剪力连接程度、有限元、滑移A n a l y 7 s i so nM u t u a lW o r kB e h a v i o r so fC o m p o s i t eB e a m s&E x p e r i m e n t a lS t u d yo nC o n c r e t eS l a bS t r e n g t h e n e dw i t hG i r d e rS t e e lA b s

5、t r a e tW i t l lt h es t e a d yd e v e l o p m e n to fo u rs o c i e t ya n dt h er a p i di n c r e a s ei n0 1 1 1 e e o n o m y，t h ei n n o v a t i v er e s e a r c ha b o u te n g i n e e r i n ga n dt h ed u r a t i v ed e v e l o p m e n to fa p p l i c a t i o nh a v eb e e nag r o w i n

6、 gc o n c e r na m o n gt h eg e n e r a lp u b l i c T h i sd e v e l o p m e n tc u r r e n tm u s tb ep a i dm u c ha t t e n t i o nt oi nt h ef i e l do fm a i n t e n a n c ea n dr e i n f o r c e m e n ti nc i v i le n g i n e e r i n g T h e r e f o r e，h o wt om a k eu s eo f t h ec u r r e

7、 n tr e s o u r c e st ot h em o s te f f e c t i v ed e g r e ef o rt e c h n i c a li n n o v a t i o nt o g e t h e rw i t hs e a r c h i n gt h et e c h n i q u eo fm a i n t e n a n c ea n dr e i n f o r c e m e n ti sar e s e a r c hf o C O Sa i lo v e rt h ew o r l d C o m p o s i t eb e a m

8、sw i t l li t se x c e l l e n c i e sc a nb ew e l la p p l i e di nr e i n f o r c e m e n te n g i n e e r i n g H o wt om a k ef o i lu s eo ft h er e s e a r c hr e s u l t so fc o m p o s i t eb e a m s i n r e i n f o r c e m e n te n g i n e e r i n g h a s b e c o m ea l l i s s u eo f g r

9、e a ts i g n i f i c a n c e S i m u l a t e dt e s t sf o r1 7 0c o m p o s i t eb e a m sa n d2 0s p a c ec o m p o s i t eb e a m sa r ea c c o m p l i s h e db yt h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o d(F E M)p r o g r a mt ot h ee f f e c to ft h ec h a n g eo fc o m p o s i t eb e a m st o g e

10、t h e rw o r kb e h a v i o rw i t ht h ec h a n g eo ft h ec o n n e c tb e h a v i o rD e f l e c t i o na n df l e x u r a lc a p a b i l i t yo fc o m p o s i t eb e a m sw i t hd i f f e r e n tc o n n e c td e g r e e sa r ea l s os t u d i e dw i t ht h ec h a n g eo f p a r a m e t e ro f c

11、o m p o s i t eb e a m s，s u c h n a i lc o l l o c a t i o n，c o n c r e t es t r e n g t h，l e n g t ho fc o n c r e t es l a b，w i d t ho fc o n c r e t ef l a n g e，d i m e n s i o no fs t e e lb e a m，a n dl o a ds t a t e T h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss e r v e sa sar e f e r e n

12、 c ef o rt h ef o l l o w i n ge x p e r i m e n t a ld e s i g n T h eb e h a v i o r so f t h ec o m p o s i t eb e a m sm a d ef o r mc o n c r e t es l a bw i t hr e i n f o r c e m e n to f g i r d e rs t e e lo ni t sb o t t o m，i n c l u d i n gf a i l u r em o d e s，l o a d-d e f l e c t i o

13、 nc u r v e s，l o a d-s t r a i nc l L r y e s，a n dl o a d s l i pc n l v e s，t h ed i s t r i b u t i o no f s t r a i na i o n gt h eh e i g h td i r e c t i o na n da l o n gt h el e n g t hd i r e c t i o no f b e a m sa r et e s t e df r o mt h es t a t i ct e s to f4s i m p l ys u p p o r t e

14、 ds p e c i m e n sw h i c hh a v ed i f f e r e n tc o n n e c tm e t h o d sa n de x t e n t s T h ec o n c l u s i o ni st h a tt h ef a i l u r em o d e so ft h e s ec o m p o s i t eb e a m sa r es i m i l a rt ot h et r a d i t i o n a lc o m p o s i t eb e a m s，a n dl o a d-d e f l e c t i o

15、 nc B r v e sc a nb em e a s u r e do f fi n t ot h r e es t a g e s：e l a s t i cs t a g e，w e a kn o n l i n e a rs t a g e，a n dp l a s t i c i t ys t a g e C o m p o s i t eb e a m sc a nb ew e l la p p l i e di nr e i n f o r c e m e n te n g i n e e r i n gw i t ht h ei m p r o v e m e n ti ni

16、 t st h e o r yf o r m u l a T h r e es t a t e s，w h i c h8 r en om u t u a lw o r k,p a r tm u t u a lw o r ka n df o i lm u t u a lw o r ko ft h ec o m p o s i t eb e a m sa r es t u d i e di nt h i sp a p e r D e f l e c t i o no fc o m p o s i t eb e a m sa r ec a l c u l a t e db ye l a x t i

17、cr i g i d i t ym e t h o d，i m p r o v e m e n te l a x t i cd g i d i t ym e t h o d，s e m i e m p i r i c a if o r m u l am e t h o d，a n dm e c h a n i c so f m a t e r i a l sm e t h o d F l e x u r a lc a p a b i l i t yo fc o m p o s i t eb e a m sa r ec a l c u l a t e db yl i m i te q u i l

18、 i b r i u mm e t h o da n ds e m i e m p i r i c a lf o r m u l am e t h o d F r o mt h e s er e s u l t s，t o g e t h e rw i t ht h es i g n i f i c a n tc o m p a r i s o nw i t ht h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sa n dt h et e s t si nt h i sp a p e r,d e f l e x i o nc a l c u l a t i

19、o nf o r m u l a ea n df l e x u r a ic a p a b i l i t yc a l c u l a t i o nf o r m u l a eo fc o m p o s i t eb e a m sa r et h e r e b yd e d u c e df o rt h ea p p l i c a t i o ni nr e i n f o r c e m e n te n g i n e e r i n gi nt h i sp a p e r F i n a l l y,S l i pb e h a v i o r sa r es t

20、u d i e de l e m e n t a r i l ya n de m p i r i c a lf o r m u l ao fs l i pa r ed e d u c e db ys t a f t s t i e ss o f t w a r e K e yw o r d s：r e i n f o r c e m e n t；s t e e lb e a m s；c o m p o s i t eb e a m s；m u t u a lw o r k；c o n n e c t i o nd e g r e e；f i n i t ee l e m e n t；s l i

21、 pI I东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：垡i 鱼E t期：也：三：至东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期

22、内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：二虹导师签名：缱日期：东南大学硕士学位论文1 1 引言第一章绪论目前，我国工程建设开始进入数量与质量功能并重的阶段，工业与民用建筑对提高建筑质量功能技术的需求，将形成工业与民用产业高新技术的巨大市场。随着人们对物质文化生活需求的日益提高以及生产工艺的变革，使建筑结构已面临生活需求的日益提高以及生产工艺的变革，使建筑结构已面临着新的挑战，人们总想在有限的建筑面积和空间内获得最好的使用功能和最佳的投资回报，由此，促进了建筑结构正向着大柱网、大开间、大跨度及多功

23、能方向发展，促使建筑物的规模、功能、造型和相应的建筑技术越来越大型化、复杂化和多样化。而传统的普通钢筋混凝土结构、钢结构等在某些方面或者显示出有些不适应，或者满足不了现代建筑结构的某些功能要求，研究开发能够改善建筑体系的结构使用功能，节约材料，节省能源的建筑产品己成为我国政府和企业关注的热点。近年来的工程实践证明，钢与混凝土组合结构兼有钢结构和混凝土结构的优点，具有显著的技术经济效益和社会效益，适合我国基本建设的国情，它将成为建筑结构体系的重要发展方向之一传统的钢与混凝土组合结构是指用连接件把钢粱和混凝土板连成整体而共同工作的受弯构件。其结构体系包括：钢梁：对于跨度小、荷载轻的组合梁，常用的截

24、面是小型工字钢。当荷载较大时，可以采用三块钢板焊接成为板梁。另外箱形钢梁主要用于公路和铁路桥梁中，桁架梁和蜂窝式梁主要用于跨度较大、荷载较轻的多层建筑。设备管线可穿过梁的空腹处，不需另占楼层空间。混凝土板：多采用现浇混凝土，也可采用预制板以缩短工期，但要求预制板的施工精度较高。有的组合梁设有板托，以增大混凝土板与钢梁间的中心距，使钢梁全截面基本上处于受拉区，提高组合粱的抗弯能力、抗剪能力和刚度。带板托的组合梁比较节省材料但施工较为复杂剪力连接件：剪力连接件的主要作用有两个：一是用来承受钢筋混凝土翼缘板与钢梁之间的纵向剪力，二是用来抵抗翼缘板与钢梁的掀起作用。按组合梁钢梁和混凝土组合作用的强弱。

25、把剪力连接件分为柔性连接件和刚性连接件。前者在极限状态是既限制钢梁与混凝土板之间的滑移，又允许有一定的相对滑移值；而后者完全不允许有相对滑移。广义上讲，连接件可以分为机械连接件和粘结连接件。粘结连接件是指用粘结剂(环氧树脂等)将钢梁与混凝土板连接，实际应用较少，目前工程中广泛使用的是柔性的机械连接件。组合粱常用的形式如图1-1：罕甲甲甲中翠圈efg图1 1 组合梁常用的形式钢一混凝土组合粱主要优点如下：(1)组合梁截面中混凝土受压，钢梁受拉，充分发挥材料特性，承载力高，承载力相同时，比非组合梁节约钢材达1 5 2 5。翠窜审东南大学硕士学位论文(2)混凝土板参加梁的工作，梁的刚度增大。楼盏结构

26、的刚度要求相同时，采用组合梁可比非组合梁减小截面高度2 5 3 0。组合梁用于高层建筑，不仅降低楼层结构的高度，而且显著的减轻地基的荷载。另外在许多改建和扩建工程中，由于采用了组合粱结构方案，使净空高度受限制的问题得到了圆满的解决(3)组合梁的翼缘板较宽大，提高了钢梁的侧向刚度。组合吊车梁的混凝土翼缘板可以扩大吊车轮压在钢梁上的分布长度，改善钢梁受压区的受力状态，增强抗疲劳性能。(4)可以利用钢梁的刚度和承载力承担悬挂模板、混凝土板和施工荷载，无需设置支撑，方便施工，对于高度较高的大跨度结构，这一优点将更为突出。(5)组合梁由于它的整体性强和抗剪性能好，表现出良好的耐振性能，抗震性能好。对于某

27、些承受竖向低频振动荷载的大跨平台等结构。采用钢梁方案时，钢梁刚度至关重要，往往易发生共振，采用组合梁结构，有效的提高了结构的刚度，增加梁的自重频率，可以避开发生的共振频率区(6)在钢梁上便于焊接托架或牛腿，供支撑室内管线用，不需埋设预埋件。钢一混凝土组合粱主要缺陷是钢材易于锈蚀及防火性能不如钢筋混凝土。采用低合金钢，这种钢材表面锈蚀后可形成保护层，阻断锈蚀继续向内部发展，已经采用高质量的防火油漆均可以克服上述缺点。随着社会的不断进步和经济水平的快速增长，人们愈加关注工程技术的创新性研究和实际应用中的可持续性发展。在土木工程的维修与加固领域中，我们也必须重视这样一种发展的趋势。因此，怎样最大程度

28、的利用现有资源进行技术革新，探索结构维修与加固的先进方法，是目前世界各国研究的一个焦点而传统组合梁的诸多优点亦可应用在加固工程领域，在房屋建筑较常出现的要求使用荷载增大，破墙开洞等情况应用型钢加固可以取得良好的效果。在加固工程中，后加型钢与原有混凝土(梁)板形成二次成型的组合粱，该类组合梁的受力性能与传统的组合粱有什么差异目前缺少这方面的研究，目前应用二次成型的组合梁与加固改造工程中，存在了很多的困难，包括缺少明确的计算方法依据，明确的加固施工工艺，能否直接套用有关规范，等等。所以目前应用型钢加同楼板或圈梁的实际工程中大多不考虑型钢和楼板或圈梁的组合作用。研究传统组合梁的理论成果如何应用在加固

29、领域中对充分发挥材料的性能具有十分重要的意义。1 2 钢一混凝土组合梁在国外的研究概况上世纪2 0 年代初，加拿大和英国对组合梁进行了最早的研究，G i l l e s p i e P 等人与1 9 2 2 年在加拿大杜米伦桥梁公司(D a m i n i o nB r i d g eC o m p a n y)进行了两根外包混凝土钢梁试验，1 9 2 3 年发表了试验研究成果i l J。在这个时期，出于钢梁抗火的要求在钢梁的外面包上混凝土而不考虑两者的组合作用，是组合梁在萌芽时期的探索性研究阶段。3 0 5 0 年代，组合粱开始采用抗剪连接件，与此同时，关于实用连接件的研究工作开始全面的展开

30、。1 9 4 3 年L a i nD 首次对槽钢连接件组合梁进行了研究吲，1 9 5 4 年V i e s tI M 首次对栓钉连接件进行了研究，提出以残余滑移为O 0 7 m m 时的剪力作为允许抗剪临界值p】，此后1 9“年C h a p m a n 和B a l a k r i s h n a n 首次进行了带头栓钉的研究，充分考虑了栓钉在钢与混凝土组合梁的滑移和掀起作用下的实际受力情况 4 1 1 5 J。在这个时期，组合粱在桥梁结构中得到了广泛的应用，各国都制定了有关组合梁设计的规范和规程。美国的学者最早提出在承载力设计中考虑组合作用的，在1 9 4 4 年，美国州际公路协会(A S

31、 S H O)就将组合梁的设计纳入其公路桥涵设计规范，1 9 4 6 年美国房屋钢结构设计、制造安装规范列入组合梁的有关内容，并在1 9 6 0 年由美国混凝土协会与美国土木工程师协会(A C I-A S C E 3 3 3)制定了房屋建筑组合梁设计暂行建议。德国在二战以后的重建工作中由于急需桥梁，故而在1 9 4 5 年迅速制定了桥梁组合梁(D I N l 0 7 8)，其后在1 9 5 6 年制定了房屋建筑组合梁(D I N 4 2 3 9)规范。6 0 7 0 年代，组合粱的研究进一步的发展，研究逐步从简支梁转到连续梁，从完全剪切连接组合梁转到部分剪切连接组合梁，从弹性设计方法转到塑性设

32、计方法。这个时期主要的研究成果有：T h u r l i m a n n 于6 0 年代提出了“极限强度理论”，该理论以钢梁达到全截面屈服来确定极限弯矩和中和轴的位置，故又称“简化塑性理论”。1 9 6 5 年S l u t t e r R G 提出了极限抗弯强度计算方法，J o h n s o n R P2东南大学硕士学位论文与1 9 7 1 年提出关于纵向抗剪的计算方法和1 9 7 5 年提出的部分剪力连接组合梁的强度和变形计算等删。在这一时期，组合梁开始在交通、冶金、电力、煤矿、建筑等领域有了更广泛的应用。一些主要产钢国家，7 0 年代曾促进了建筑钢结构的发展并使钢结构一直处于各类结构的

33、领先地位，然而，当组合结构兴起之后，从7 0 年代开始，它的发展几乎赶上了钢结构。与应用密切联系的组合梁相关规范也有了新的发展，英国在1 9 6 5、1 9 6 7 年就专门制定了钢与混凝土组合梁结构(C p l l 7P a r t 1、C p l l 7P a r t 2)规范，分别对应与房屋建筑中的简支梁和桥梁结构。印度也在1 9 6 6 年颁布组合结构设计规范。虽然日本在1 9 7 5 年才制定了组合梁设计施工指南和说明，然而，在日本的各次地震中，组合梁以及其它组合结构已真正经受了考验，证实了组合结构具有良好的抗震性能1 9 7 9 年英国标准协会制定了钢、混凝土与组合梁桥，其中第五部

34、分为组合梁桥设计标准。8 0 年代以后，最值得注意的是，在国际土木工程师协会联合委员会主持下。于1 9 7 1 年成立了由欧洲国际混凝土协会(C E B)、欧洲钢结构协会(E c s s)、国际预应力联合会(F I P)、以及国际桥梁与结构工程协会(I A B S E)共同组成组合结构委员会，并于1 9 8 1 年发表了组合结构规范。在此规范的基础上，通过修改与补充，1 9 8 5 年，欧洲共同体(E C C)首次正式颁布了欧洲规范4，它是目前世界上最完整的一部组合结构规范，为组合结构的发展与应用作出了相当完善的总结，并指出了新的努力方向。进入2 1 世纪以后，钢和混凝土组合粱的研究工作开始从

35、线性、平面构件全面开始向非线性、空间体系扩展，研究范围更加广泛和深入。1 3 钢一混凝土组合梁在我国的应用和研究概况组合梁的优越的结构性能，在我国的各类新建土木工程结构和原有结构的加固改造中得到了广泛的应用，在应用的过程中又不断的发展创新，与其它组合结构如钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构等成为我国二十一世纪建筑结构的发展方向。我国是在2 0 世纪5 0 年代首次在桥梁中采用组合梁(1 9 5 7 年建成的武汉长江大桥)，6 0 年代已经建立了铁路和公路组合梁桥的标准图集，建立了一批中等跨度的简支组合梁桥上海南浦大桥和杨浦大桥的桥面结构也采用了钢一混凝土叠合梁结构，钢纵梁和钢横梁形成施工拼装单元。

36、预制钢筋混凝土桥面板铺装就位之后，通过钢梁上翼缘预制板端的接缝混凝土和栓钉连接件的作用使钢梁和混凝土桥面板连成整体形成组合梁。2 0 0 0 年竣工通车的芜湖长江大桥，全桥范围内用栓钉将上层公路桥面板与主桁上弦杆和纵、横梁连接成整体，共同受力为板桁组合结构。6 0 年代以后组合梁开始应用于我国的工业建筑中，如煤矿竖井结构和吊车梁、火力发电厂的各种平台结构和楼盖体系，如1 9 7 9 年建设的大庆新华电厂加热器平台和1 9 8 2 年建设的湖北荆门热电厂加热器平台，1 9 8 8 年建设的国家重点项目一一太原第一热电厂五期工程首次采用了钢一混凝土叠合板组合梁结构。8 0 年代以后组合粱开始大量的

37、应用与大跨度建筑和高层建筑中，深圳赛格广场、上海世界金融大厦、金茂大厦等超高层建筑的楼板均采用了压型钢板组合楼盖。组合梁在我国的研究起步比较晚。在我国改革开放以前，虽有少数工程曾经用过钢一混凝土组合梁，但当时未考虑钢梁和混凝土间的组合作用而仅仅把它当作强度和安全度储备，或者是为了施工方便而已，当时我国有关设计规范都未涉及到钢一混凝土组合粱的设计内容。1 9 7 8 年以来，原郑州工学院、原哈尔滨建筑工程学院、清华大学、东北大学、山西电力勘察设计院和华北电力设计院等单位曾先后对组合梁进行了研究和应用，取得了一系列具有重要理论意义和实用价值的成果。剪力连接件是保证钢梁和混凝土翼缘形成组合梁共同工作

38、的关键元件。8 0 年代初，我国尚没有栓钉焊接设备，应用组合梁不得不采用较早期的连接件形式槽钢和弯筋连接件。1 9 8 3 年开始，郑州工学院对槽钢连接件进行了较为系统的试验研究，得到了槽钢剪力连接件的破坏形态、极限承载力计算公式和极限承载力上限值等 9】。哈尔滨建筑工程学院从1 9 8 4 年开始对弯筋连接件进行了较系统的试验，发现弯筋处于拉一剪复杂受力状态，钢梁和混凝土板之间的摩擦作用不能忽略，其承载力均超过钢筋的极限抗拉强度l l o l。1 9 8 4 年开始，郑州工学院、冶金部建筑科学研究院等曾先后研制出国产栓钉焊接设备，为栓钉连接件的推广应用奠定了基础。郑州工学院从1 9 8 6

39、年开始通过推出试验对栓钉剪力连接件进行了较系统的研究“。这些成果在当时为制订我国钢结构设计规范(G B J l 7-8 8)1 1 2 l 有关剪力连接件设计计算的条文提供了依据。8 0 年代中期以后，许多单位对采用3东南大学硕士学位论文栓钉剪力连接件的钢一混凝土组合梁进行了深入的试验研究和理论分析，包括抗弯承载力、刚度、滑移效应、纵向抗剪和栓钉连接件的实际抗剪承载力、混凝土板纵向抗剪计算方法等。近年来又开展了对连续组合梁负弯矩区性能研究、组合梁的抗震性能研究、疲劳性能研究的初步探讨。与此同时，压型钢板组合梁(楼盖)、预应力钢一混凝土组合梁、蜂窝式组合梁、桁架组合梁、薄壁型钢钢一混凝土组合梁、

40、火山灰轻骨料组合粱、高强商性能混凝土组合梁在我国也开始进行了相关的研究和应用，大大丰富了组合梁的应用型式，拓宽了它的应用范围。有关钢一混凝土组合梁，考虑滑移效应作用下的抗弯承载力、变形和刚度具有代表性的最新研究成果如下：文献 1 3 1 提出了采用折减刚度法考虑滑移效应对组合梁变形的影响，建立了刚度折减系数的简化实用计算公式。并比较了在使用荷载作用下挠度计算值和试验结果。文献 1 4 1 指出相对滑移不仅使梁的挠度增大，而且还使组合梁截面的弹性抗弯强度减小。通过试验和分析建立了考虑滑移效应的弹性和极限抗弯强度计算公式结果表明，考虑滑移效应的弹性弯矩计算值与实测值吻合较好。考虑强度极限状态时钢梁

41、部分截面进入强化阶段的有利影响，滑移对极限抗弯强度的影响可以忽略不计。文献【1 5】建立了考虑剪力连接程度影响的组合梁极限抗弯强度的两种计算公式：修正的J o h n s o nR P(经验公式)和极限平衡理论公式，并与试验值做出了对比。文献 1 6 1 通过对4 根部分剪力连接组合梁的试验研究和国内外8 根部分剪力连接组合梁受弯极限承载力的分析，建立了考虑剪力连接程度影响的组合梁受弯极限承载力计算公式。文献【1 7】将组合梁之间的剪力连接拟合为一符合G o o d m a n 假设的弹性夹层，通过建立简支梁挠度和滑移的相关微分方程组，解出了描述滑移与挠度的理论公式。该方法较其它方法描述的更精

42、确，但公式相对复杂，不便工程应用。文献U S 考虑交接面相对滑移对钢与混凝土组合梁的变形影响，利用弹性分析理论建立了简支组合粱的变形微分方程，得到了跨中集中荷载、均布荷载及对称集中荷载作用下的组合梁的变形计算公式，该公式也较为复杂。有关钢一混凝土组合梁应用与加固工程中的有关文献有：文献【1 9】文章直接来源于某选煤厂的改扩建工程，土建工程设计主要是生产车间因设备变换引起荷载增加而进行的结构补强。而补强最多的构件就是梁。采用钢筋砼补强影响现行结构的使用，同时，生产过程中因结构有振动，砼的凝固受影响，施工起来很不方便。所以，单独采用钢筋砼补强显然不能满足生产需要。而采用钢筋砼一钢组合梁，即用型钢来

43、补强梁就可避免上述问题发生。文章只是假设2 种不同材料各组成部分联接紧密而无错动时，在应用中并不考虑混凝土和钢梁的组合作用，无详细的理论分析。文献 2 0 1 详细论述了型钢一混凝土组合梁的计算方法，并以某3 层砖混结构房屋的加固为例，说明了型钢一混凝土组合架在改造加固中的优越性，提出此方法在建筑改造加固中具有广泛的应用前景。该文章也只是对工程进行了介绍，并没有型钢加固梁的理论分析。文献 2 H 提出了在原有结构钢筋混凝土梁的基础上，依靠高强度结构胶粘结剂的粘结作用及粱两侧板条将型钢与被加固混凝土梁牢固粘合在一起，即利用粘结剂及焊缝充当钢一混凝土连接件的作用，在荷载作用下共同工作。一些需要在承

44、重墙上开洞，或扩大空间的改造加固工程中，这种将原有圈梁改造成为钢一混凝土组合梁的加固方法便发挥了很大作用。文献通过试验进行了型钢加固梁和加大截面法进行加固的粱进行了比较，提出了采用型钢加固梁的实用计算公式，为今后在改造加固工程中采用这种钢组合梁提供了参考建议。但是该加固方法只是针对圈梁加固，而且对采用型钢加周梁的抗弯性能进行的理论分析并不具体细致，且型钢与混凝土之间的滑移共同工作机理并无过多涉及。还有文献【2 2】介绍综合运用H 型钢和碳纤维加固某工程实例，文献 2 3】比较了在工程应用中碳纤维加固和H 型钢的有缺点，除此之外，尚未发现其他有关应用型钢加固的文献，而且上述几篇文章除文献2 1

45、以外，都是工程实例的介绍，缺乏该类构件的理论研究。且都是针对梁的，目前对型钢加固或改造楼板这一领域并未发现相关文章。4东南大学硕士学位论文1 4 钢一混凝土组合梁的有限元分析方法国内外对普通钢筋混凝土梁的有限元分析较多，但对钢一混凝土组合梁的有限元分析却较少，主要是由于钢一混凝土组合梁中单元形式多，要用不同的单元合理地模拟钢构件、混凝土板及连接件的性能，同时钢和混凝土之问的滑移、混凝土的开裂等问题也较难处理，研究起来比较复杂。因此以前对钢一混凝土组合梁的研究，大多是以试验为基础，理论分析较少。近几年对钢梁和混凝土板组成的组合梁也有了一些理论方面的研究：o v e nV A 提出了依据虚功原理建

46、立二维的非线性有限元微分方法来模拟简支和连续组合梁。A r i z u m i 提出了一种带有连接滑移功能的组合梁单元模型，这种组合单元采用梁单元来描述钢梁和混凝土板，用弹簧来描述连接件其轴向变形和横向变形分别采用了二次多项式，该模型被F a b b r o c i n o所发展，研究了考虑界面滑移和粘结滑动的组合粱正弯矩区域瞄1。S a l a r iM R 提出以力为未知数的新的有限元方法组合梁单元，用H e r m i t i a n 插值多项式造成曲率为线性分布的结果，一定程度上降低了求解精度，因此以力为基础的模型比以位移为基础建立的模型要精确“。S a l a dM R、S p a

47、c o n eE继续发展了该模型算法，并分析了在循环荷载下刚度和强度的退化。1 G a t t e s c o N 提出四节点单元，每个节点有三个自由度的组合粱单元，这种假设不同与其它模型的是考虑连接件的剪切传递是不连续的“。A y o u bA、F i l i p p o uF C 建立了基于混合法的非弹性单元，分析部分剪切连接组合梁在单调和循环荷载下作用，该模型假定弹簧位于单元的端部，同时假定连接力在单元内部为线性分布。“。F a e l l a C 在以往以位移为基础近似的有限元方法基础上提出了一种精确的有限元方法。并考察了部分剪切连接组合梁的蠕变和收缩。国内也有部分学者进行组合梁有限元

48、的分析，文献 3 1 用杆系单元结合分层法对组合梁的P-f曲线进行了预测。文献 3 2 用非线性平面应力单元分析了组合梁负弯矩区裂缝机理模拟分析，但都没有考虑混凝土和钢梁截面的滑移对结构性能的影响。文献 3 3 采用了双层粱单元分析方法。剪力连接件视为一种特殊的梁单元，两端与钢梁和混凝土刚结以保证两者共同弯曲。文献 3 4 剪力连接件采用悬臂粱单元，将连接件截面积人为去大以避免钢梁和混凝土板相互之间过大的竖向变形。文献 3 5 开始采用弹簧单元模拟剪力连接件，混凝土和钢粱采用三维实体单元，用来分析组合梁的变形和弹性承载力以验证试验结果。但上述文献均局限于弹性阶段。以上模型方法都各有特点，从总体

49、上看，在组合梁的理论模型建立方面可归纳为以下几种方法：(1)分段杆单元法这种方法采用有限分割有限元的思想，将梁沿长度方向分为若干段，并将截面划分为横向条带。假定截面上应变服从平截面假定，可计算出截面在任一应变状态下(由截面曲率和形心处应变描述)的内力，从而可建立截面的广义本构关系(弯矩一曲率关系)。假定曲率沿杆长的分布形式后，给定跨中最大弯矩处的曲率就可计算出跨中的弯矩，从而可得到外荷载并计算出各截面的内弯矩。再由前面的弯矩一曲率关系计算各截面的曲率，由曲率便能计算出各截面处的变形。逐步增加跨中截面的曲率便可得到整个构件的荷载一变形全过程曲线。杆单元模型对材料非线性的考虑体现在钢材和混凝土的应

50、力一应变关系，对几何非线性可通过曲率沿杆长的分布形式考虑，且具有高效、便于编程的优点其缺点在于：由于采用了平截面假定，不能考虑钢和混凝土之间的滑移及混凝土开裂的影响，曲率分布形式的假定可能与真实情况有些差别。(2)分层法这种模型将构件沿高度分为若干层(钢和混凝土层分别定义)，每层用板壳元模拟。根据钢材和混凝土各自的本构关系及所处的应力状态，由各层的内应力分层积分叠加得到总的内力。分层法通过各层本构关系的积分反映材料非线性，通过板(壳)元的应变矩阵反映几何非线性，可同时考虑混凝土的开裂、拉伸强化等因素，具有较强的通用性。其缺点在于不便模拟钢材和混凝土之间的滑移，且对截面上钢材分布不规则情况不好分