上翼缘为矩形钢管混凝土的工字形梁静力性能的实验研究

论文摘要

澳大利亚空翼缘梁HFB是一种截面形式独特的新型薄壁抗弯构件,它是由高强钢板通过冷弯焊接而成,其截面由两个闭合三角形翼缘和相对柔的腹板组成。由于其性能优异、加工简便,得到广泛的应用。受HFB启发,我校研究生陆续提出和研究了两种钢管空翼缘梁——RHFB和LHFB。它们由矩形冷弯薄壁钢管和条形钢板焊接而成。RHFB的上、下翼缘均是钢管,而LHFB仅上翼缘是。本文通过在LHFB的上翼缘矩形钢管中注入混凝土,得到一种新型抗弯构件RCTFB。本文采用跨中施加集中力的加载方式对五根RCTFB进行了单跨简支情况下的静力实验,并对实验过程和实验结果进行了分析。本文的主要工作如下:(1)完成了五根RCTFB在跨中施加集中荷载情况下的静力实验。结果表明:不设置横向加劲肋的试件发生了明显的畸变屈曲,而设置横向加劲肋的试件发生了弯扭屈曲,承载力有了较大提高。(2)利用ANSYS程序建立了RCTFB试件的有限元分析模型,通过对比破坏现象和荷载—位移曲线,验证了利用有限元程序分析RCTFB静力性能的可行性。(3)利用ANSYS程序对RCTFB的受力性能进行了研究。在上翼缘的矩形钢管内填充混凝土可提高钢管翼缘梁的极限承载力。在不同跨度和腹板厚度情况下,RCTFB可发生弯扭屈曲、畸变屈曲和腹板局部屈曲三种屈曲失效模式。加设横向加劲肋可抑制腹板畸变屈曲的发生,从而提高梁的极限承载力。分析了几个主要几何参数对RCTFB的极限承载力的影响。对于加肋的RCTFB,利用经典的临界弯矩公式来推测其临界弯矩具有一定的准确性,一般情况下其极限弯矩比边缘屈服弯矩大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 空翼缘梁的研究现状
• 1.3 矩形冷弯型钢混凝土的研究现状
• 1.4 单跨和悬臂梁的弯扭屈曲和畸变屈曲的研究现状
• 1.5 本文主要内容
• 第2章 钢管混凝土翼缘梁RCTFB承载力的实验研究
• 2.1 概述
• 2.2 实验设计总体思路
• 2.2.1 实验的主要目的
• 2.2.2 实验设计的主要考虑
• 2.3 试件设计
• 2.4 材性实验
• 2.4.1 钢材拉伸实验
• 2.4.2 混凝土抗压实验
• 2.4.3 短柱压缩实验
• 2.4.4 矩形钢管混凝土梁抗弯实验
• 2.5 实验方法
• 2.5.1 边界条件
• 2.5.2 加载装置与加载方式
• 2.5.3 测点布置与测量方案
• 2.6 残余应力测量
• 2.7 初始缺陷
• 2.8 实验结果及其分析
• 2.8.1 实验现象及其分析
• 2.8.2 实验数据结果及其分析
• 2.8.3 加肋效果对比
• 2.8.4 与无填充混凝土实验梁对比
• 2.9 Southwell 法推测实验结果
• 2.10 本章小节
• 第3章 RCTFB的有限元模拟及与实验结果对比
• 3.1 引言
• 3.2 有限元模型的建立
• 3.2.1 单元的选取
• 3.2.2 单元本构关系的选择
• 3.2.3 单元网格的划分
• 3.2.4 矩形钢管混凝土模型的验证
• 3.2.5 RCTFB实验梁的有限元模型的建立
• 3.2.6 残余应力模型的建立和输入
• 3.3 实验结果与有限元分析结果对比
• 3.3.1 破坏模式和极限荷载
• 3.3.2 荷载—转角、荷载—位移曲线的比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 钢管混凝土翼缘梁RCTFB静力性能分析
• 4.1 梁边界条件和加载方式的确定和检验
• 4.2 RCTFB与空翼缘梁LHFB性能比较
• 4.2.1 RCTFB和LHFB在纯弯状态下性能的比较
• 4.2.2 RCTFB和LHFB在跨中集中力作用下性能的比较
• 4.2.3 RCTFB和LHFB在均布荷载作用下性能的比较
• 4.3 RCTFB的屈曲模式分析
• 4.4 设置横向加劲肋对RCTFB静力性能影响
• 4.5 RCTFB的参数分析
• 4.5.1 混凝土强度对RCTFB承载力的影响
• 4.5.2 腹板厚度对RCTFB承载力的影响
• 4.5.3 腹板高度对RCTFB承载力的影响
• 4.5.4 上翼缘钢管高度对RCTFB承载力的影响
• 4.6 对设置加劲肋的RCTFB的稳定承载力分析
• 4.7 对无加劲肋的RCTFB的弹性屈曲承载力分析
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢