带槽型剪力键的GFRP-混凝土组合梁受弯性能研究

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为了弥补传统钢筋混凝土结构和钢-混凝土组合结构中钢材劣化、腐蚀引起的安全隐患及经济损失,GFRP-混凝土组合结构这种承载能力高且耐腐蚀性强的结构形式获得了研究学者的青睐。目前,对这种组合结构界面处连接方式的选择主要以螺栓连接和PBL剪力键连接为主,而选用型材剪力键连接的研究较少。因此,本文以带槽型剪力键的GFRP-混凝土组合梁为研究对象,在满足组合结构规范挠度限值的基础上,采用ABAQUS有限元分析及四点弯曲试验对其进行受弯性能研究,主要研究内容如下:首先,设计了17根带槽型剪力键的GFRP-混凝土组合梁,通过ABAQUS有限元分析软件,改变剪力键的间距、翼缘宽度、剪力键的高度以及腹板厚度四个因素对其进行四点弯曲试验模拟。结果表明:加密剪力键间距、增大剪力键翼缘宽度及高度均能有效提高GFRP-混凝土组合梁的承载能力及界面处抵抗滑移的能力,而改变腹板厚度仅对界面处抵抗滑移的能力有所提升。其中,改变剪力键间距对组合梁的影响最为明显。其次,在有限元分析的基础上选取不同剪力键间距的三根梁进行四点弯曲试验,阐述了组合梁的最终破坏形态,得到了组合梁端部的荷载-滑移曲线、跨中荷载-挠度曲线以及跨中各个截面的荷载-应变曲线,并将试验所得跨中荷载-挠度曲线、端部荷载-滑移曲线与有限元结果进行对比,两种试验结果所得曲线趋势能够较好的吻合。然后,结合规范和试验结果,采取合理的假定,推导了此类组合梁受弯承载力计算公式,并将理论计算结果与试验结果对比。结果表明:理论计算结果与试验实测结果能够较好的吻合,且具有一定安全储备。最后,在考虑组合梁界面滑移的基础上,引入了改进的折减刚度法和组合系数法两种刚度计算方法,并在现有研究基础上建立了一种组合系数计算模型,对组合梁刚度、挠度进行理论计算,并与试验结果进行对比。其中组合系数法的计算结果与试验所得结果较为接近,且当提出的计算模型中n取1.75时,计算结果与试验结果吻合较好,可以为此类组合梁刚度及挠度的计算提供参考。
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