鋼-輕骨料混凝土組合梁試驗(yàn)與分析

吉林建筑大學(xué)建工學(xué)院院長(zhǎng)，資深教授，博士生導(dǎo)師，吉林省建筑工程專家，在國(guó)外核心期刊發(fā)表數(shù)十篇論文，出版專著數(shù)部，承擔(dān)建設(shè)部等科研課題多項(xiàng)。

1 緒 論.........................................................................11.1

引言........................................................................11.2

鋼—混凝土組合梁在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展及應(yīng)用 ................................21.3

輕骨料混凝土結(jié)構(gòu) ....................................................... 91.4

鋼—輕骨料混凝土組合梁國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................ 132

鋼—輕骨料混凝土組合梁的有效寬度分析 ..................................... 192.1

計(jì)算方法簡(jiǎn)介 .......................................................... 192.2

影響有效寬度的因素 ..................................................... 212.3

各國(guó)規(guī)范對(duì)組合梁翼板有效寬度的規(guī)定 ................................... 222.4

翼緣板有效寬度分析 .................................................... 232.5

鋼—輕骨料混凝土組合梁有效寬度分析 .................................... 242.6

鋼—輕骨料混凝土組合梁考慮滑移的有效寬度分析 ................ 322.7

小結(jié) ................................................................. 403

鋼 — 輕骨料混凝土連接件推出試驗(yàn) .......................................... 433.1

推出試件的設(shè)計(jì)與制作 ................................................... 433.2

材料性能 ............................................................. 453.3

推出試驗(yàn) .............................................................. 483.4

小結(jié) .................................................................. 504

推出試驗(yàn)結(jié)果分析........................................................514.1.

試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果 ......................................................... 514.2

推出試件受力模型及破壞形態(tài) ............................................. 544.3

栓釘連接件荷載—滑移分析 ............................................. 564.4

輕骨料混凝土板的掀起分析 .............................................. 584.5

界面滑移分析 ......................................................... 594.6

小結(jié) ................................................................ 625

鋼—輕骨料混凝土栓釘連接件承載力分析 ..................................... 635.1

栓釘連接件的工作機(jī)理 .................................................. 635.2

鋼材本構(gòu)關(guān)系 ......................................................... 645.3

栓釘連接件施加反力計(jì)算 .................................................. 655.4

計(jì)算結(jié)果分析 .......................................................... 685.5

計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析 .......................................... 735.6

栓釘連接件承載能力分析 ............................................... 735.7

小結(jié) ................................................................. 756

鋼 — 輕骨料混凝土組合梁模型試驗(yàn) .......................................... 776.1

試件的設(shè)計(jì)與制作 ...................................................... 776.2

輕骨料混凝土組合試驗(yàn)梁材料性能 ........................................... 806.3

輕骨料混凝土組合梁試驗(yàn)測(cè)試 ............................................. 816.4

小結(jié) ................................................................ 847

鋼—輕骨料混凝土組合梁試驗(yàn)結(jié)果分析 ...................................... 857.1

試件破壞形式 ..................................................................... 857.2

荷載—位移曲線 ...................................................................... 877.3

輕骨料混凝土荷載—應(yīng)變曲線 ........................................... 877.4

鋼梁荷載—應(yīng)變曲線 .................................................. 897.5

鋼梁和輕骨料混凝土板跨中截面的應(yīng)變分布 ........................... 907.6

輕骨料混凝土板跨中寬度方向應(yīng)變分布 ................................... 917.7

輕骨料混凝土組合梁滑移曲線 ........................................... 927.8

輕骨料混凝土組合梁撓度分布曲線 ........................................ 937.9

輕骨料混凝土組合梁與普通混凝土組合梁延性對(duì)比分析 ....... 947.10

小結(jié) ...................................................................... 958

鋼—輕骨料混凝土組合梁抗彎承載力分析 ...................................... 978.1

組合梁材料本構(gòu)關(guān)系 .................................................... 978.2

滑移效應(yīng)對(duì)組合梁承載力的影響分析 ....................................... 998.3

輕骨料混凝土組合梁彈性抗彎承載力分析 ............................... 1018.4

輕骨料混凝土組合梁塑性抗彎承載力分析 ............................... 1038.5

有效寬度對(duì)極限抗彎承載力的影響 ....................................... 1058.6

鋼—輕骨料混凝土簡(jiǎn)支組合梁的M—φ關(guān)系 ................................ 1078.7

輕骨料混凝土組合梁抗彎承載力實(shí)用計(jì)算方法 ....................... 1108.8

小結(jié) ................................................................ 1119

鋼—輕骨料混凝土組合梁變形計(jì)算 ............................................ 1139.1

有效寬度對(duì)鋼-輕骨料混凝土組合梁撓度的影響 .................... 1139.2

抗剪連接件對(duì)鋼—輕骨料混凝土組合梁撓度的影響 ................ 1149.3

滑移效應(yīng)對(duì)鋼—輕骨料混凝土組合梁撓度的影響 .................... 1169.4

輕骨料混凝土組合梁實(shí)用變形計(jì)算方法 ................................... 1319.5

小結(jié) ............................................................. 13410

體外預(yù)應(yīng)力鋼—輕骨料混凝土組合連續(xù)梁變形性能 ...................... 13510.1

影響體外預(yù)應(yīng)力鋼—輕骨料混凝土組合梁變形性能的因素 .. 13510.2

體外預(yù)應(yīng)力鋼—輕骨料混凝土組合連續(xù)梁變形性能 .............. 13910.3

體外預(yù)應(yīng)力鋼—輕骨料混凝土組合連續(xù)梁試驗(yàn)分析 .............. 15110.4

體外預(yù)應(yīng)力鋼—輕骨料混凝土組合連續(xù)梁有限元模擬分析 .. 16810.5

計(jì)算結(jié)果分析 ................................................... 17110.6

小結(jié) ............................................................... 178

參考文獻(xiàn).................................................................. 179 2100433B

本書可供土木工程技術(shù)人員、科研人員及有關(guān)專業(yè)師生參考。 與本書研究?jī)?nèi)容有關(guān)的項(xiàng)目及編號(hào)： 1.建設(shè)部項(xiàng)目：“鋼與輕骨料混凝土組合梁試驗(yàn)研究”（05-k5-10） 2.吉林省科技廳項(xiàng)目：“鋼與輕骨料混凝土組合梁的理論與試驗(yàn)研究”(20050531)3.吉林省交通廳項(xiàng)目：“鋼與輕骨料混凝土組合梁的應(yīng)用研究”（2005-1-18） 4.吉林省科技廳項(xiàng)目：“北方寒地節(jié)能抗震住宅關(guān)鍵技術(shù)研究”（201205083） 5.吉林省教育廳項(xiàng)目：“輕鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能一體化技術(shù)體系研究”（吉教合字[2009]第185號(hào)）

土木工程類、建筑類科研、應(yīng)用人員及高校學(xué)生

針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施中日益嚴(yán)重的鋼材銹蝕問(wèn)題和純FRP（纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）結(jié)構(gòu)初次投入大、剛度低等不足，本項(xiàng)目意在發(fā)展新型、高耐久性的FRP-混凝土組合梁。首先，設(shè)計(jì)兩種新型、高耐久性的FRP-混凝土組合梁；其次，通過(guò)試驗(yàn)研究FRP與混凝土連接性能，探尋多試驗(yàn)參數(shù)對(duì)連接性能的影響規(guī)律，建立FRP/混凝土界面粘結(jié)-滑移本構(gòu)模型，提出實(shí)用的組合界面抗剪設(shè)計(jì)方法；再次，通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究FRP-混凝土組合梁基本力學(xué)性能，歸納、總結(jié)和完善已有的組合梁基本力學(xué)性能理論分析方法，提出適合初步設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化分析與設(shè)計(jì)方法；最后，通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究FRP-混凝土組合梁長(zhǎng)期力學(xué)性能（徐變、疲勞和溫差），提出組合梁長(zhǎng)期力學(xué)性能理論分析方法。通過(guò)上述組合梁受力性能的系統(tǒng)研究，建立一套實(shí)用的FRP-混凝土組合梁受力性能分析、試驗(yàn)與設(shè)計(jì)方法，為推廣該新型組合梁在實(shí)際工程中應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

《鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu):試驗(yàn)、理論與應(yīng)用》書中介紹的研究?jī)?nèi)容包括簡(jiǎn)支組合梁的承載力及變形計(jì)算，組合梁的受剪、受扭性能，連續(xù)組合梁及預(yù)應(yīng)力組合梁的性能，混凝土翼板開洞組合梁，抗剪連接件的性能及設(shè)計(jì)方法，組合梁的疲勞性能、抗震性能以及高強(qiáng)混凝土組合梁的性能等?！朵?混凝土組合梁結(jié)構(gòu):試驗(yàn)、理論與應(yīng)用》側(cè)重對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的描述和對(duì)組合梁受力機(jī)理及設(shè)計(jì)方法的闡述，可供從事土木工程專業(yè)的廣大科技工作者和設(shè)計(jì)人員參考，也可以作為研究生和本科生的學(xué)習(xí)參考書使用。

針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施中日益嚴(yán)重的鋼材銹蝕問(wèn)題和純FRP（纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）結(jié)構(gòu)初次投入大、剛度低等不足，本項(xiàng)目發(fā)展了一種新型高耐久性的FRP-混凝土組合梁。首先，通過(guò)單剪試驗(yàn)對(duì)4種FRP與混凝土間連接方式的粘結(jié)性能進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，考察了這4種連接方式的粘結(jié)破壞特征和粘結(jié)-滑移關(guān)系，分析了多種因素對(duì)FRP與混凝土間粘結(jié)性能的影響，并提出了FRP剪力鍵抗剪設(shè)計(jì)方法。試驗(yàn)結(jié)果表明：4種優(yōu)化后的連接方式均可作為FRP-混凝土組合結(jié)構(gòu)中有效的組合界面連接措施。其次，在分析了該新型組合梁中可能發(fā)生的各種失效模式的基礎(chǔ)上，歸納、總結(jié)和完善了已有的組合梁基本力學(xué)性能理論分析方法，提出了適合組合梁初步設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化分析與設(shè)計(jì)方法，并給出了三種優(yōu)化失效模式下的設(shè)計(jì)步驟；對(duì)1根純FRP梁、3根FRP-混凝土組合梁進(jìn)行了彎曲試驗(yàn)研究，考察了組合梁試件中各種連接的性能，了解了組合梁試件的極限抗彎承載力及其失效模式，同時(shí)對(duì)組合梁試件進(jìn)行了詳細(xì)的有限元分析。研究表明：增加混凝土層后，組合梁試件的剛度得到了大幅提高，同時(shí)試件的造價(jià)剛度比也大幅下降，有限元分析可以很好地預(yù)測(cè)試件的靜力性能。再次，對(duì)FRP-混凝土組合梁的徐變和疲勞性能進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出了經(jīng)歷持續(xù)加載和循環(huán)加載后組合梁剩余強(qiáng)度和變形的預(yù)測(cè)方法；考察了溫度改變引起的CFRP/GFRP界面應(yīng)力分布情況，對(duì)溫差作用下的組合梁性能進(jìn)行了分析；在此基礎(chǔ)上，提出了組合梁長(zhǎng)期力學(xué)性能（徐變、疲勞和溫差）的理論分析方法。將兩種徐變理論預(yù)測(cè)法與徐變?cè)囼?yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)理論預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)結(jié)果吻合得很好。研究表明所提出的理論分析方法可用于長(zhǎng)期荷載作用下組合梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后，對(duì)一根FRP梁和一根FRP-混凝土組合梁進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，研究了基于嵌入式FBG的FRP-混凝土組合梁自感知特性；基于FBG監(jiān)測(cè)應(yīng)變數(shù)據(jù)，提出了具有自感知特性FRP-混凝土組合梁的性能預(yù)測(cè)方法；研究結(jié)果表明：嵌入式FBG傳感器能非常準(zhǔn)確地反映FRP試件的內(nèi)部應(yīng)變，基于FBG監(jiān)測(cè)應(yīng)變可很好地預(yù)測(cè)FRP-混凝土組合梁的荷載和撓度等性能。通過(guò)上述組合梁受力性能的系統(tǒng)研究，建立了一套實(shí)用的FRP-混凝土組合梁受力性能分析、試驗(yàn)與設(shè)計(jì)方法，為推廣該新型組合梁在實(shí)際工程中應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。 2100433B