带圆管翼缘的钢—高性能混凝土组合梁抗弯性能试验研究

论文摘要

在研究国内外相关文献的基础上,本文提出了一种新型的钢和混凝土的组合形式：将传统工字梁的上翼缘代之以圆形钢管并在钢管内添充高性能自密实混凝土,从而形成了带圆形钢管混凝土上翼缘的新型钢一混凝土组合梁。与平板翼缘钢一混凝土组合梁相比,这种新型组合梁具有一些明显的优势。在用钢量相同的前提下,这种新型钢一混凝土组合梁在强度、刚度和稳定性方面都比传统的平板翼缘钢一混凝土组合梁优越。与传统的工字梁相比,新型组合梁具有较高的承载力,自重小,从而可以节省钢材、减小梁高,在对桥下净空有严格限制的城市桥梁中有很高的推广价值。同时,新型组合梁具有很好的延性,抗震性能好,适用于地震设防度高的地区。可见,这种新型组合梁提供了一种更能充分发挥结构钢和高性能混凝土两种材料优势的组合方式,具有很好的发展前景。目前,国内外对带钢管混凝土上翼缘的钢一混凝土组合梁的研究还很少。为了研究带钢管混凝土上翼缘的钢一混凝土组合梁在静载作用下的抗弯性能,进行了2片带钢管混凝土上翼缘的钢一混凝土组合梁的静力抗弯试验,并进行数值与理论分析,从试验、数值和理论三个方面对这种新型组合梁的抗弯性能进行了研究。本文的研究工作为这种新型结构的进一步研究及其在桥梁工程中的应用奠定了基础。本文的主要研究工作如下：1.进行了2个试验梁的抗弯承载力试验。从试验梁的设计、制作,到测点布置、试验过程等都进行了完整的介绍。对试验得到的抗弯承载能力、变形和应变结果进行了详细的分析。2.利用有限元软件ANSYS对试验梁进行数值分析,通过线弹性静力计算初步确定试验梁的尺寸,进一步考虑材料非线性的强度与稳定计算对试验梁的尺寸进行校核。将试验结果与有限元分析结果进行比较,修正数值计算模型,并进行抗弯性能的影响参数数值分析,分析钢管混凝土上翼缘内添混凝土强度、钢材屈服强度、钢管混凝土上翼缘含钢率等对抗弯性能的影响。3.通过对带圆钢管翼缘的钢一高性能混凝土组合梁的抗弯承载能力试验研究和数值分析,得到了弯曲破坏特征,并基于模型试验结果和参数分析结果,对这种新型组合梁尺寸设计提出了建议。4.根据有限元计算结果与试验结果,对带圆钢管翼缘的钢一高性能混凝土组合梁的抗弯受力性能进行理论分析,给出了截面抗弯承载力简化计算公式,计算与试验结果较吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 钢—混凝土组合梁的发展概况
• 1.2.2 钢管混凝土的发展概况以及在梁式桥中的应用
• 1.2.3 高性能混凝土的应用
• 1.2.4 新型组合梁的研究进展
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 带圆钢管混凝土上翼缘的钢—高性能混凝土组合梁试验研究
• 2.1 试验研究
• 2.1.1 试验梁设计
• 2.1.2 试验模型制作
• 2.1.3 试验装置及加载方案
• 2.1.4 测点布置
• 2.2 试验过程及破坏特征
• 2.3 试验结果及分析
• 2.3.1 试验梁变形
• 2.3.2 试验梁应变
• 2.4 本章小结
• 第三章 带圆钢管混凝土上翼缘的钢—高性能混凝土组合梁抗弯性能参数分析
• 3.1 有限元分析模型
• 3.1.1 材料非线性问题
• 3.1.2 单元选择和材料力学性能
• 3.1.3 材料本构关系
• 3.1.4 钢管与内添混凝土之间的连接
• 3.1.5 荷载施加及网格划分
• 3.2 试验结果与有限元结果比较
• 3.2.1 试验梁一试验结果与有限元结果比较
• 3.2.2 试验梁二试验结果与有限元结果比较
• 3.3 抗弯性能的影响参数数值分析
• 3.3.1 钢管混凝土上翼缘内添混凝土强度的影响
• 3.3.2 钢材屈服强度的影响
• 3.3.3 钢管混凝土上翼缘含钢率的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 带圆钢管混凝土上翼缘的钢—高性能混凝土组合梁抗弯性能理论分析
• 4.1 新型组合梁力学特性分析
• 4.1.1 新型钢—混凝土组合梁工作原理
• 4.1.2 新型钢—混凝土组合梁约束效应系数ζ的影响因素
• 4.2 截面极限承载力计算
• 4.2.1 基本假定
• 4.2.2 计算图式
• 4.2.3 计算公式
• 4.3 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢