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《組合梁的工作機理及界面滑移分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、組合梁的工作機理及界面滑移分析趙正銀李美摘要：通過對組合梁的工作機理的理論分析，提出了一種依梁的撓曲形態(tài)布置抗剪連接件的全新思路。對組合梁的滑移產(chǎn)生機理做了較為細致的分析，得出滑移與撓曲線形態(tài)有關(guān)的結(jié)論。分析抗剪連接程度對滑移的影響，并簡要闡述滑移對組合梁性能的影響。關(guān)鍵詞：組合梁機理組合界面滑移滑移抗力撓曲線1.概述鋼■混凝土組合梁(以下稱組合梁)因為其充分發(fā)揮了鋼材和鋼筋混凝土各自的優(yōu)點,使得組合梁具有承載力高、剛度大、抗震性能好、施工快速等優(yōu)越性。組合梁已經(jīng)廣泛的用于建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域，發(fā)揮了顯箸的技術(shù)經(jīng)濟效
2、益和社會效益。如今對組合梁的研究已經(jīng)取得長足進展，比如：鋼一混凝土組合梁極限承載力方面進行了較多的試驗與理論分析，并已相對成熟，剪力連接件的抗剪能力等問題研究也相對完善。但對于組合梁的許多問題的認識仍不夠深入，比如：關(guān)于組合梁變形的研究還不甚完善，并且大多研究僅在試驗的基礎(chǔ)上給出一些方便應(yīng)用的，但理論性較為薄弱的近似公式和經(jīng)驗回歸公式。2.鋼?混凝土組合梁的工作機理為了簡要直觀的說明組合梁的工作機理，選取兩根相同的勻質(zhì)材料矩形截面(bXh)梁在彈性范圍內(nèi)來做理論分析，截面和荷載如圖1所示。qLq(b)(c)圖1組合梁工作
3、機理假定圖（b）中兩根梁的交界面為完全光滑的，只傳遞壓力；若圖（C）為將兩根梁完全粘結(jié)，使J-Tff3其界面無滑移，即可看做是一根整體受力的梁。很容易推導(dǎo)出組合梁（b）的抗彎剛度為一;組合6梁（c）的抗彎剛度為絲竺_,即為完全滑移組合梁的4倍。組合梁（C）跨中界面最大正應(yīng)力3為：空巫丄h=，跨中撓度為心寶亠生竺^二'忙「由此可182bh3I6bh2384E/384SEbh3256Eblf以推算出（b）梁的跨中撓度為卑匚，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)圖乘法f=^JLds=求得跨64EbhJEl22中最大彎矩（即荷載彎矩圖面積血對應(yīng)的最大
4、h值）M樂,正應(yīng)力°旦=匹。16IShh2對組合梁（b）的兩根梁進行分離受力分析，而梁受豎向均布荷載q的作用和組合界面的法向壓力作用。法向壓力的水平分力對在中截面出的彎矩為M出,豎向分力與q16平衡。底梁雖然邊界條件與而梁不同，法向壓力及支座處的外力使得其變形與面梁一致,因此具有相同的內(nèi)力分布情況。梁（b）組合界面上的法向壓力的水平分力在中截面處最小，為零；在兩端達到最大值，具體的數(shù)值由兩端的撓曲曲率K和q來共同決定，而曲率K由梁承受的荷載q、梁截面的兒何特性I和梁本身的材料性能E決定。對比（b）和（c）兩條組合梁的截面
5、情況，可知在同樣荷載q作用下（c）梁的截面最大拉應(yīng)力和撓度分別為（b）梁的1/2和1/4。結(jié)合以上受力模型的分析可以得出結(jié)論：限制滑移可以大大增強組合梁的抗彎剛度，減小撓度，提高承載力。1.滑移的產(chǎn)生機理滑移是因為軸向剪力的作用產(chǎn)生的，軸向剪力產(chǎn)生的根木原因是因為上梁底面與下梁頂面在荷載的作用下突破的變形協(xié)調(diào)限制而產(chǎn)生的。這個變形協(xié)調(diào)就是因為梁撓曲后上下梁界面相對的軸向壓縮和拉仲而將產(chǎn)生的錯動，也就是發(fā)生界面的滑移。組合梁界面滑移抗力（粘結(jié)力、抗剪連接件的抗力以及摩擦力等）的存在，平衡了部分或全部法向壓力的水平分力，使得
6、組合梁截而承受彎矩下降、正應(yīng)力減小，剛度提高、撓度減小。從而可以提高梁的極限承載能力。在組合梁中，兩個或多個獨立的梁體通過摩擦力、粘結(jié)力和連接件抗力的共同作用，而傳遞軸向荷載形成一個整體，因此本人認為組合梁界面的抗滑移能力是組合梁優(yōu)點發(fā)揮的根本。綜上述可以得出結(jié)論：（對于水平安裝的織合梁）豎向荷載作用下組合界面的軸向剪力是由于組合梁的撓曲產(chǎn)生的，因此可以從組合梁的撓曲線形態(tài)上定性的判斷軸向剪力沿縱軸的分布情況。我國現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范用換算截面法計算法考慮滑移效應(yīng)進行剛度折減計算組合梁的撓度。梁的撓曲線近似微分方程:曲率K
7、d2(o丄M(x)=士dx2_EI由此方程結(jié)合邊界條件即可積分求出梁的撓曲線方程忒乂）。撓曲線的斜率k=^的大小dx反映了滑移抗力的大?。ü饣缑媸翘厥馇闆r，需要除外）。光滑界面的滑移抗力為零和零滑移量界面的滑移抗力最大是組合梁抗剪連接的兩種極限情況。(a)(b)圖2簡支梁和連續(xù)梁的不同撓曲線形態(tài)從圖上可以看出，簡支梁(a)的撓曲線在兩端的k值最大，屮間最小為零。連續(xù)梁(b)在兩端和中間的k值都為零，曲線寧外兩個拐點A和B處的k值最大。由上面的分析知道簡支組合梁(a)組合界面在對稱荷載作用下兩端的軸向剪力最大，中間最小為
8、零，連續(xù)梁(b)的軸向剪力在兩端和中間都為零，A,B兩點最大，這與聶建國等編著的高校教材《鋼■混凝土組合結(jié)構(gòu)第45頁的組合梁兩端軸向剪力最大的結(jié)論不一致。在按照彈性方法設(shè)計抗剪連接件時，可以根據(jù)組合梁的大致?lián)锨螒B(tài)劃分區(qū)域，合理的布置抗剪連接件的數(shù)目和位置，本人認為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2003按照彎矩圖的彎
