鋼-混凝土組合箱梁的側(cè)向屈曲

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1、第25卷第3期華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版)VO1．25NO．32008年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2008鋼一混凝土組合箱梁的側(cè)向屈曲蔣麗忠，孫林林(中南大學(xué)土木建筑學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410075)摘要：本文通過(guò)對(duì)組合箱梁側(cè)向失穩(wěn)形式的理論分析，提出組合箱梁穩(wěn)定性分析的計(jì)算模型，采用能量法對(duì)鋼一混凝土組合箱梁負(fù)彎矩區(qū)的側(cè)向穩(wěn)定性進(jìn)行探討，推導(dǎo)在等端彎矩作用下組合箱梁在彈性受力階段時(shí)的臨界失穩(wěn)彎矩計(jì)算公式，確定箱型組合梁負(fù)彎矩區(qū)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的修正方法和建議意見，通過(guò)研究對(duì)比表明本文提出的計(jì)算公式比現(xiàn)行組合梁的穩(wěn)定理論和計(jì)算方法具有更高的可靠性和經(jīng)濟(jì)性

2、。關(guān)鍵詞：箱型鋼一混凝土組合梁；側(cè)向失穩(wěn)：失穩(wěn)模型：臨界彎矩中圖分類號(hào)：TU398+．9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672—7037(2008)03—0005—05鋼一混凝土組合箱梁是在鋼結(jié)構(gòu)，混凝土結(jié)構(gòu)，和薄壁箱梁基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型結(jié)構(gòu)1基本假定形式，它由結(jié)構(gòu)上部的混凝土板和下部的鋼箱梁組成，混凝土板和鋼箱梁之問(wèn)通過(guò)剪力連接件進(jìn)組合梁中的鋼梁，與自由的簡(jiǎn)支鋼梁(非約行連接。這種結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮鋼材受拉、混凝土束鋼梁)的側(cè)向失穩(wěn)不同，它的上翼緣嵌固在剛抗壓，使結(jié)構(gòu)具有承載力高、塑性和韌性好、增度較大的混凝土翼緣板上，側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)變形加有效使用空問(wèn)，施工方便、經(jīng)濟(jì)效果顯著的優(yōu)都受到了一

3、定程度的約束；下翼緣受壓，雖然有勢(shì)，在大跨度橋梁和高層建筑中得到廣泛應(yīng)用?？赡墚a(chǎn)生一些側(cè)向位移和扭轉(zhuǎn)角，但也不是完全在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，混凝土翼緣板的抗彎、抗扭自由而是受到腹板的側(cè)向約束，因此組合梁的側(cè)剛度很大，混凝土板通過(guò)栓釘與鋼箱梁上翼緣緊向失穩(wěn)可以定義為伴隨鋼梁腹板側(cè)向受彎的形變密地連成一體，所以對(duì)于組合梁正彎矩區(qū)不存在側(cè)向失穩(wěn)。側(cè)向失穩(wěn)驗(yàn)算問(wèn)題。但在組合梁的負(fù)彎矩區(qū)域，梁的失穩(wěn)包括受壓下翼緣的側(cè)向失穩(wěn)、腹板的局部失穩(wěn)、下翼緣側(cè)向失穩(wěn)與腹板局部失穩(wěn)同時(shí)發(fā)生的相關(guān)失穩(wěn)3種形式。在負(fù)彎矩區(qū)域，鋼梁下翼緣在承受較大的可變荷載以及不利荷載分布時(shí)，呈受壓狀態(tài)而產(chǎn)生側(cè)向失穩(wěn)，并伴隨鋼梁腹板的橫向變形

4、，很容易出現(xiàn)整體失穩(wěn)的現(xiàn)象。但是，在我國(guó)現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中沒(méi)有組合梁穩(wěn)定設(shè)計(jì)的內(nèi)容，工程界用的方法既不統(tǒng)一，結(jié)果也過(guò)于保守。本文根據(jù)鋼一混凝土組合梁整體失穩(wěn)的形式建立相應(yīng)的失穩(wěn)模型，并根據(jù)簡(jiǎn)化的計(jì)算模型采用能量法對(duì)鋼一混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)的側(cè)向穩(wěn)定性進(jìn)行研究，給出組合梁在彈性受力階段臨界圖1純彎組合梁的受力與坐標(biāo)軸和截面尺寸彎矩的計(jì)算公式。如圖1所示，單軸對(duì)稱鋼一混凝土組合梁，在收稿日期：2008—03—05作者簡(jiǎn)介：蔣麗忠(1971一)，男，湖南衡陽(yáng)人，教授，博士，研究方向?yàn)榻M合結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)抗震研究lzhjiang@mail．CSU．edu．cn?；痦?xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(504

5、38020；50778177)；湖南省杰出青年基金資助項(xiàng)目(07JJ1009)?！?·華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版)2008年其剛度大的yz平面內(nèi)承受著均勻負(fù)彎矩。采用固定的右手坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)為鋼梁下翼緣的形心。為了計(jì)算方便作如下假定：(1)不考慮初始缺陷、殘余應(yīng)力，材料是各向同性的完全彈性體，構(gòu)件為等截面梁，構(gòu)件的側(cè)向彎曲變形是微小的；(2)由于梁在彎曲平面內(nèi)的抗彎剛度很大，平面：+㈤內(nèi)在屈曲前的彎曲變形對(duì)側(cè)向彎曲的影響不考慮；(3)鋼梁上翼緣不發(fā)生側(cè)向變形和扭轉(zhuǎn)變形；(4)忽略混凝土的抗彎作用只考慮混凝土翼板中3等端彎矩作用下的側(cè)向屈曲鋼筋的抗彎作用。箱型鋼一混凝土組合梁側(cè)向扭轉(zhuǎn)屈

6、曲的應(yīng)變2失穩(wěn)模型能包括鋼梁下翼緣的側(cè)向彎曲應(yīng)變能U，，鋼梁下翼緣的扭轉(zhuǎn)變形應(yīng)變能U，，i腹板的側(cè)向彎曲應(yīng)根據(jù)假定，可以采用如圖2所示的失穩(wěn)模型。變能U，腹板的側(cè)向彎曲應(yīng)變能U，它們的表達(dá)式分別為：=1JEIybUB,z2dz(5)11一．z=易一8寺j2dz(6)／，．l—I81—一4一+麗E3眠[2(7)4—一21tuwi“+“+2(1一)“一,yy，，，ldydz+磚一f[“叫2，+(8)2lluwj“+“+2(1一)U2一l,yy，，zz，ldydz式中，為鋼梁下翼緣對(duì)Y軸的慣性矩，，=bb3ftb／l2；E為鋼梁的彈性模量；+U=U1+U2+U3+4(9)計(jì)算外力功時(shí)可先取出一

7、微段dz，將其視為承受軸力為erdA的微元體，其外力功為根據(jù)上面所述，假定兀型組合梁彈性屈曲時(shí)，W=』』(2：2，：)dAdz+1』』Ow．U~，dAdz橫截面下翼緣的側(cè)向變形為，扭轉(zhuǎn)變形為諺，，上翼緣的側(cè)向變形受到混凝土翼緣板的完(10)全約束，根據(jù)變形協(xié)調(diào)關(guān)系可以求得腹板彎曲變組合梁在圖2所示等端負(fù)彎矩作用下，橫截面上形U和下翼緣的變形V為鋼梁的縱向應(yīng)力可以表示為=)“=I一3(]一2(]l“cz+=)?)：％O"b=-融c：~