钢-轻骨料混凝土组合梁试验与分析

吉林建筑大学建工学院院长，资深教授，博士生导师，吉林省建筑工程专家，在国外核心期刊发表数十篇论文，出版专著数部，承担建设部等科研课题多项。

1 绪 论.........................................................................11.1

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

钢—混凝土组合梁在国内外的发展及应用 ................................21.3

轻骨料混凝土结构 ....................................................... 91.4

钢—轻骨料混凝土组合梁国内外研究现状 ................................ 132

钢—轻骨料混凝土组合梁的有效宽度分析 ..................................... 192.1

计算方法简介 .......................................................... 192.2

影响有效宽度的因素 ..................................................... 212.3

各国规范对组合梁翼板有效宽度的规定 ................................... 222.4

翼缘板有效宽度分析 .................................................... 232.5

钢—轻骨料混凝土组合梁有效宽度分析 .................................... 242.6

钢—轻骨料混凝土组合梁考虑滑移的有效宽度分析 ................ 322.7

小结 ................................................................. 403

钢 — 轻骨料混凝土连接件推出试验 .......................................... 433.1

推出试件的设计与制作 ................................................... 433.2

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

推出试验 .............................................................. 483.4

小结 .................................................................. 504

推出试验结果分析........................................................514.1.

试验测量结果 ......................................................... 514.2

推出试件受力模型及破坏形态 ............................................. 544.3

栓钉连接件荷载—滑移分析 ............................................. 564.4

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

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

小结 ................................................................ 625

钢—轻骨料混凝土栓钉连接件承载力分析 ..................................... 635.1

栓钉连接件的工作机理 .................................................. 635.2

钢材本构关系 ......................................................... 645.3

栓钉连接件施加反力计算 .................................................. 655.4

计算结果分析 .......................................................... 685.5

计算结果与试验结果的对比分析 .......................................... 735.6

栓钉连接件承载能力分析 ............................................... 735.7

小结 ................................................................. 756

钢 — 轻骨料混凝土组合梁模型试验 .......................................... 776.1

试件的设计与制作 ...................................................... 776.2

轻骨料混凝土组合试验梁材料性能 ........................................... 806.3

轻骨料混凝土组合梁试验测试 ............................................. 816.4

小结 ................................................................ 847

钢—轻骨料混凝土组合梁试验结果分析 ...................................... 857.1

试件破坏形式 ..................................................................... 857.2

荷载—位移曲线 ...................................................................... 877.3

轻骨料混凝土荷载—应变曲线 ........................................... 877.4

钢梁荷载—应变曲线 .................................................. 897.5

钢梁和轻骨料混凝土板跨中截面的应变分布 ........................... 907.6

轻骨料混凝土板跨中宽度方向应变分布 ................................... 917.7

轻骨料混凝土组合梁滑移曲线 ........................................... 927.8

轻骨料混凝土组合梁挠度分布曲线 ........................................ 937.9

轻骨料混凝土组合梁与普通混凝土组合梁延性对比分析 ....... 947.10

小结 ...................................................................... 958

钢—轻骨料混凝土组合梁抗弯承载力分析 ...................................... 978.1

组合梁材料本构关系 .................................................... 978.2

滑移效应对组合梁承载力的影响分析 ....................................... 998.3

轻骨料混凝土组合梁弹性抗弯承载力分析 ............................... 1018.4

轻骨料混凝土组合梁塑性抗弯承载力分析 ............................... 1038.5

有效宽度对极限抗弯承载力的影响 ....................................... 1058.6

钢—轻骨料混凝土简支组合梁的M—φ关系 ................................ 1078.7

轻骨料混凝土组合梁抗弯承载力实用计算方法 ....................... 1108.8

小结 ................................................................ 1119

钢—轻骨料混凝土组合梁变形计算 ............................................ 1139.1

有效宽度对钢-轻骨料混凝土组合梁挠度的影响 .................... 1139.2

抗剪连接件对钢—轻骨料混凝土组合梁挠度的影响 ................ 1149.3

滑移效应对钢—轻骨料混凝土组合梁挠度的影响 .................... 1169.4

轻骨料混凝土组合梁实用变形计算方法 ................................... 1319.5

小结 ............................................................. 13410

体外预应力钢—轻骨料混凝土组合连续梁变形性能 ...................... 13510.1

影响体外预应力钢—轻骨料混凝土组合梁变形性能的因素 .. 13510.2

体外预应力钢—轻骨料混凝土组合连续梁变形性能 .............. 13910.3

体外预应力钢—轻骨料混凝土组合连续梁试验分析 .............. 15110.4

体外预应力钢—轻骨料混凝土组合连续梁有限元模拟分析 .. 16810.5

计算结果分析 ................................................... 17110.6

小结 ............................................................... 178

参考文献.................................................................. 179 2100433B

本书可供土木工程技术人员、科研人员及有关专业师生参考。 与本书研究内容有关的项目及编号： 1.建设部项目：“钢与轻骨料混凝土组合梁试验研究”（05-k5-10） 2.吉林省科技厅项目：“钢与轻骨料混凝土组合梁的理论与试验研究”(20050531)3.吉林省交通厅项目：“钢与轻骨料混凝土组合梁的应用研究”（2005-1-18） 4.吉林省科技厅项目：“北方寒地节能抗震住宅关键技术研究”（201205083） 5.吉林省教育厅项目：“轻钢结构节能一体化技术体系研究”（吉教合字[2009]第185号）

土木工程类、建筑类科研、应用人员及高校学生

针对基础设施中日益严重的钢材锈蚀问题和纯FRP（纤维增强复合材料）结构初次投入大、刚度低等不足，本项目意在发展新型、高耐久性的FRP-混凝土组合梁。首先，设计两种新型、高耐久性的FRP-混凝土组合梁；其次，通过试验研究FRP与混凝土连接性能，探寻多试验参数对连接性能的影响规律，建立FRP/混凝土界面粘结-滑移本构模型，提出实用的组合界面抗剪设计方法；再次，通过理论分析、数值模拟与试验研究FRP-混凝土组合梁基本力学性能，归纳、总结和完善已有的组合梁基本力学性能理论分析方法，提出适合初步设计的简化分析与设计方法；最后，通过理论分析、数值模拟与试验研究FRP-混凝土组合梁长期力学性能（徐变、疲劳和温差），提出组合梁长期力学性能理论分析方法。通过上述组合梁受力性能的系统研究，建立一套实用的FRP-混凝土组合梁受力性能分析、试验与设计方法，为推广该新型组合梁在实际工程中应用提供科学依据。

《钢-混凝土组合梁结构:试验、理论与应用》书中介绍的研究内容包括简支组合梁的承载力及变形计算，组合梁的受剪、受扭性能，连续组合梁及预应力组合梁的性能，混凝土翼板开洞组合梁，抗剪连接件的性能及设计方法，组合梁的疲劳性能、抗震性能以及高强混凝土组合梁的性能等。《钢-混凝土组合梁结构:试验、理论与应用》侧重对试验结果的描述和对组合梁受力机理及设计方法的阐述，可供从事土木工程专业的广大科技工作者和设计人员参考，也可以作为研究生和本科生的学习参考书使用。

针对基础设施中日益严重的钢材锈蚀问题和纯FRP（纤维增强复合材料）结构初次投入大、刚度低等不足，本项目发展了一种新型高耐久性的FRP-混凝土组合梁。首先，通过单剪试验对4种FRP与混凝土间连接方式的粘结性能进行了较系统的研究，考察了这4种连接方式的粘结破坏特征和粘结-滑移关系，分析了多种因素对FRP与混凝土间粘结性能的影响，并提出了FRP剪力键抗剪设计方法。试验结果表明：4种优化后的连接方式均可作为FRP-混凝土组合结构中有效的组合界面连接措施。其次，在分析了该新型组合梁中可能发生的各种失效模式的基础上，归纳、总结和完善了已有的组合梁基本力学性能理论分析方法，提出了适合组合梁初步设计的简化分析与设计方法，并给出了三种优化失效模式下的设计步骤；对1根纯FRP梁、3根FRP-混凝土组合梁进行了弯曲试验研究，考察了组合梁试件中各种连接的性能，了解了组合梁试件的极限抗弯承载力及其失效模式，同时对组合梁试件进行了详细的有限元分析。研究表明：增加混凝土层后，组合梁试件的刚度得到了大幅提高，同时试件的造价刚度比也大幅下降，有限元分析可以很好地预测试件的静力性能。再次，对FRP-混凝土组合梁的徐变和疲劳性能进行了详细分析，提出了经历持续加载和循环加载后组合梁剩余强度和变形的预测方法；考察了温度改变引起的CFRP/GFRP界面应力分布情况，对温差作用下的组合梁性能进行了分析；在此基础上，提出了组合梁长期力学性能（徐变、疲劳和温差）的理论分析方法。将两种徐变理论预测法与徐变试验结果进行了对比分析，发现理论预测值与试验结果吻合得很好。研究表明所提出的理论分析方法可用于长期荷载作用下组合梁的优化设计。最后，对一根FRP梁和一根FRP-混凝土组合梁进行了静载试验，研究了基于嵌入式FBG的FRP-混凝土组合梁自感知特性；基于FBG监测应变数据，提出了具有自感知特性FRP-混凝土组合梁的性能预测方法；研究结果表明：嵌入式FBG传感器能非常准确地反映FRP试件的内部应变，基于FBG监测应变可很好地预测FRP-混凝土组合梁的荷载和挠度等性能。通过上述组合梁受力性能的系统研究，建立了一套实用的FRP-混凝土组合梁受力性能分析、试验与设计方法，为推广该新型组合梁在实际工程中应用提供科学依据。 2100433B