钢-混凝土组合梁负弯矩区畸变稳定性研究

本项目建立了考虑残余应力和初始几何缺陷的弹塑性分析模型，探索了复杂受力情况下钢-混凝土组合梁的畸变屈曲模态及失效模式。提出了考虑外荷载-刚度耦合关系的下翼缘转动约束刚度及侧向约束刚度计算模型，在考虑外荷载-下翼缘刚度耦合关系和屈曲前有限变形影响基础上，对传统的变轴力弹性地基梁法进行改进，推导了适合变轴力情况的钢-混凝土组合梁负弯矩区畸变屈曲临界荷载实用计算公式。考察钢-混凝土组合梁负弯矩区极限承载力的影响因素及其影响规律，提出相应的折减系数计算公式，最终建立钢-混凝土组合梁负弯矩区极限承载力实用计算稳定曲线。研究成果将进一步为钢-混凝土组合梁结构在实际工程中的应用提供理论依据和技术支持。课题研究期间，发表论文17篇，其中SCI收录13篇,EI收录3篇，协助培养博士研究生2名，硕士研究生3名。

目前国内外对钢-混凝土组合梁负弯矩区畸变稳定性方面的研究尚不成熟，诸多关键科学问题亟待解决。本项目将开展钢-混凝土组合梁负弯矩区稳定性能试验，建立考虑残余应力和初始几何缺陷的弹塑性有限元数值仿真模型，探索复杂受力情况下钢-混凝土组合梁的畸变屈曲模态及失效模式。提出考虑外荷载-刚度耦合关系的下翼缘转动约束刚度及侧向约束刚度计算模型，在考虑外荷载-下翼缘刚度耦合关系和屈曲前有限变形影响基础上，对传统的变轴力弹性地基梁法进行改进，推导适合变轴力情况的钢-混凝土组合梁负弯矩区畸变屈曲临界荷载实用计算公式。考察钢-混凝土组合梁负弯矩区极限承载力的影响因素及其影响规律，提出相应的折减系数计算公式，最终建立钢-混凝土组合梁负弯矩区极限承载力实用计算稳定曲线。研究成果将进一步为钢-混凝土组合梁结构在实际工程中的应用提供理论依据和技术支持。

钢－混凝土组合梁能够充分发挥钢材与混凝土的性能，用于桥梁结构具有明显的技术经济优势。相对于简支组合梁桥，连续组合梁桥具有更优越的综合性能。但是，连续组合梁负弯矩区混凝土的开裂会降低结构刚度和耐久性，是影响连续组合梁桥应用的关键问题。目前，国内外对这一问题还没有开展系统的试验研究。.本课题将在钢筋混凝土裂缝研究成果的基础上，通过理论分析、模型试验及数值计算等手段，对钢－混凝土连续组合梁桥负弯矩区混凝土的开裂机理、裂缝宽度和抗裂度计算等问题开展研究，并对施加预应力、调整施工顺序等裂缝控制方式进行比较分析。研究将重点考虑混凝土收缩徐变等长期效应以及负弯矩区配筋率和构造方式等因素的影响。通过研究，将可以建立比较完善的组合梁桥裂缝理论，得到实用的组合梁桥裂缝计算公式，提出合理有效的裂缝控制方法和原则，为完善钢－混凝土连续组合梁桥的设计理论提供依据，并进一步促进组合梁桥在我国的应用和发展。 2100433B

完成了26根钢—混凝土组合梁在纯扭、弯扭及弯剪扭作用下的试验研究。建立了组合梁在扭矩作用下的特征荷载及破坏形态等。推导了在纯扭、弯扭复合作用下开、闭口截面组合梁的开裂扭矩和极限扭矩理论及实用计算公式，计算值与实测结果吻合良好。利用空间变角桁架模型理论并采用混凝土软化模型曲线，对组合梁的受扭极限状态进行分析，提出了一种能够计算组合梁极限状态下的扭矩、扭率、混凝土主应变、钢梁及钢筋应变的简化算法。提出了组合梁在扭矩作用下的栓钉剪力连结件设计计算方法。研究了扭矩作用方式对组合梁抗扭性能的影响。提出了组合梁抗扭箍筋和纵筋的设计方法和构造措施。成果实用性强，在建筑及桥梁结构领域具有广阔的应用前景。 2100433B