鋼—混凝土組合箱梁及其框架結(jié)構(gòu)的靜動力性能分析.pdf

1、鋼-混凝土組合箱梁在橋梁工程和高層建筑中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，目前國內(nèi)外關(guān)于鋼-混凝土組合箱梁的靜動力性能研究存在的問題有:考慮剪力滯效應(yīng)的鋼-混凝土組合箱梁解析方法及梁段有限元法研究主要集中于工字形組合梁、關(guān)于組合箱梁畸變屈曲臨界彎矩的計算方法過于復(fù)雜、考慮剪力滯效應(yīng)的動力響應(yīng)計算方法尚未見報道、彎矩-曲率恢復(fù)力模型大都基于構(gòu)件、彈塑性地震響應(yīng)時程分析大多基于層模型等，理論研究嚴(yán)重滯后于工程實踐，開展考慮剪力滯效應(yīng)的鋼-混凝土組合箱梁

2、的靜動力性能試驗研究和理論分析，可推廣鋼-混凝土組合箱梁在橋梁工程和超高層建筑中的應(yīng)用。本文針對目前研究現(xiàn)狀開展的主要研究工作如下:
　　(1)在考慮混凝土板和鋼梁底板因剪力滯效應(yīng)引起的縱向翹曲、鋼梁剪切變形及鋼梁與混凝土板間界面滑移的基礎(chǔ)上，應(yīng)用能量變分原理導(dǎo)出鋼-混凝土簡支組合箱梁受橫向荷載作用下的剪力滯控制微分方程和邊界條件，獲得橫向荷載作用下的箱梁應(yīng)力、撓度和滑移解析解。根據(jù)虛功原理，提出同時考慮滑移效應(yīng)、剪力滯及剪切變形

3、效應(yīng)的組合梁單元及等效節(jié)點力向量，編制組合梁梁段有限元程序。應(yīng)用本文解析解分別對集中荷載和均布荷載作用下的組合箱梁應(yīng)力、撓度和滑移進行計算，并同現(xiàn)有試驗結(jié)果進行比較，驗證本文解析解及梁段有限元法的正確性。利用本文計算方法對混凝土頂板及鋼梁底板剪力滯系數(shù)進行參數(shù)分析，并在大量計算數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上提出較為準(zhǔn)確的混凝土頂板及鋼梁底板剪力滯系數(shù)經(jīng)驗計算公式。
　　(2)考慮鋼-混凝土組合箱梁負(fù)彎矩區(qū)鋼梁側(cè)向彎曲屈曲及側(cè)向彎扭屈曲兩種重要屈曲模式

4、，在建立鋼梁腹板對鋼梁底板的轉(zhuǎn)動約束剛度及側(cè)向約束剛度的計算方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合薄壁桿件的屈曲理論提出鋼-混凝土組合箱梁負(fù)彎矩區(qū)的側(cè)向彎曲屈曲彎矩及側(cè)向彎扭屈曲彎矩計算方法。通過實例分析現(xiàn)有計算方法存在的理論缺陷，驗證本文計算方法的實用性和適用性。
　　(3)綜合考慮組合箱梁剪力滯、滑移、剪切變形和轉(zhuǎn)動慣量等多重因素的影響，推導(dǎo)組合箱梁的控制微分方程及自然邊界條件，獲得幾種常用邊界條件的組合箱梁固有頻率方程，提出一種能對工程中常用組

5、合箱梁自振特性進行分析的方法，通過算例驗證該方法的有效性;利用中心差分法對振動微分方程進行求解，獲得組合梁在任意荷載作用下的動力響應(yīng)，通過算例將差分?jǐn)?shù)值計算結(jié)果與ANSYS有限元計算結(jié)果進行比較，證明該方法的正確性。
　　(4)進行4根不同剪力連結(jié)度及腹板高厚比鋼-混凝土簡支組合箱梁低周反復(fù)荷載試驗研究，對鋼-混凝土組合箱梁的破壞形態(tài)、滯回規(guī)律、骨架曲線、延性、耗能能力、剛度退化規(guī)律等抗震性能進行深入的分析，重點考察剪力連結(jié)度及腹

6、板高厚比對鋼-混凝土組合箱梁抗震性能的影響;考慮剪力連接度和界面滑移的影響，提出組合箱梁正向、負(fù)向截面彎矩-曲率彈性剛度及截面屈服彎矩計算方法，建立簡單適用的組合箱梁截面彎矩-曲率骨架曲線的三折線模型，在試驗數(shù)據(jù)與理論分析的基礎(chǔ)上，獲得了組合箱梁正向及負(fù)向剛度退化規(guī)律表達式，并進一步提出簡單明了的鋼-混凝土組合箱梁截面彎矩-曲率頂點指向型滯回模型。
　　(5)將本文提出的彎矩-曲率恢復(fù)力模型程序化，建立適合鋼-混凝土組合箱梁的彈塑