考虑粘结-滑移的胶粘型钢-混凝土组合梁弯曲性能研究

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相比于采用传统机械型连接件的钢-混凝土组合梁,胶粘型钢混凝土组合梁具有避免应力集中、界面传力连续、无需焊接、适用预制拼装施工、降低混凝土板纵向开裂风险等优势,但其界面的粘结-滑移效应不可忽略。所以本文在考虑粘结滑移效应的基础上,研究了胶粘型钢-混凝土组合梁的弯曲性能。本文采用力学试验和数值计算相结合的方法。首先,通过材料性能试验,得出材料的基本性质;通过推出试验,得出不同胶粘剂(环氧树脂、磷酸镁水泥)的抗剪性能、破坏模式与现象,并与现有的研究结果进行对比,分析了荷载-应变曲线、粘结滑移关系,通过解析方法得到推出试验中应力的理论分布;随后进行组合梁试验,分析了胶粘剂种类、厚度和混凝土板厚等参数的影响,得出破坏模式与现象、塑性极限荷载、荷载-应变关系、跨中截面中性轴位置、跨中挠度大小和沿梁长方向的滑移分布,并和相同条件下的栓钉组合梁对比。最后,使用有限元软件研究适用于胶粘型组合梁的数值模拟方法,同时建立了针对胶粘型钢-混组合梁的实用数值解析模型,分为完全粘结模型和部分粘结模型;然后将有限元模型与数值解析模型的计算结果与实测结果进行对比,验证两种模型预测结果的准确性。研究结果表明,(1)环氧树脂连接件在自然平整表面的平均抗剪强度为4.068MPa,处于较好水平,稳定性好,属于刚性连接件,在保证连接良好的情况下,可视为一种较为理想的完全连接,它能够保证剪力均匀连续地传递。(2)适当增大胶粘层的厚度有利于发挥结构的承载能力。胶粘层为6mm,连接良好的组合梁则不会发生脱胶现象,承载能力高于栓钉组合梁,刚度大,变形小,破坏模式接近于理想塑性极限状态。在承载能力相近的前提下,胶粘型剪力连接件可以降低混凝土板厚度,减小自重,提升跨度。(3)有限元模拟结果能够较好地预测实测结果,且当胶粘层厚度大于4mm时,结构的受力状态接近有限元模拟的理想状态,承载力不低于计算值。数值解析方法的结果能够较好地预测实测结果,其中考虑粘结-滑移效应的部分粘结模型更符合胶粘型组合梁的实际情况,吻合度较高。这种数值解析方法可以用于预测简支胶粘型组合梁在给定截面形式和任意荷载作用下的结构响应;本文采用的有限元建模方法和两种数值解析方法都可为同领域的数值研究提供参考。
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