钢-混凝土组合梁稳定性能研究综述.pdf
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1、2 6 江苏建筑 2 0 1 3 年第 4期 ( 总第 1 5 6期 ) 钢一 混凝土组合梁稳定性能研究综述 施 佳 佳 胡 夏 阑 ( 南京 工业 大学 土木 工程 学 院 , 江 苏南 京 2 1 0 0 0 9 ) 摘 要】 文章介绍了钢一 混凝土组合梁稳定性能的研究现状, 对国内外学者的研究成果进行了分析。提出了防止组合粱 侧向失稳的构造 方法。 在此基础上, 结合文献分析和 工程 实际需要 , 提 出钢一 混凝土组合梁稳 定性 能的研究 中, 还 需进一步开 展的工作。 关键词】 钢一 混凝土组合粱; 稳定; 侧向失稳 【 中图分类号】 T U 3 7 5 1 【 文献标识码】 A
2、【 文章N l O 0 5 6 2 7 0 2 0 1 3 ) 0 4 0 0 2 6 0 2 S t u d y o n t h e S t a b i l i t y o f S t e e l - Co n c r e t e Co mp o s i t e Be a m S H I J i a - j i a HU X i a m i n ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g , N a n j i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , N a n j i n
3、 g J i a n g s u 2 1 0 0 0 9 C h i n a ) Ab s t r a c t :I t i s ma i n l y i n t r o d u c e d t h e r e s e a r c h o n t h e s t a b i l i t y o f s t e e l - c o n c r e t e c o mp o s i t e b e a m B y a n a l y z i n g t h e r e s e a r c h r e s u h s o f d o me s t i c a n d f o r e i g n s
4、c h o l a r s I t p u t s f o r w ard t h e c o n s t r u c t i o n me t h o d t o p r e - v e n t t h e l a t e r a l i n s t a b i l i t y o f c o mp o s i t e b e a mT h e n , o n wi c h , t h e c o mb i n a t i o n o f l i t e r a t u r e a n a l y s i s a n d e n g i n e e r i n g a c - t u r a
5、 l n e e d s , i t h a s p r e s e n t e d t h e w o r k n e e d e d t o b e d o n e i n t h e s t a b i l i t y o f s t e e l c o n c r e t e c o mp o s i t e b e a m Ke y wo r d s : s t e e l - c o n c r e t e c o mp o s i t e b e a m; s t a b i l i t y ; l a t e r a l i n s t a b i l i t y 0引 言 钢
6、一 混凝 土组合梁从截面 组成上充分发 挥了混凝 土与 型钢的各 自特长 与普通钢筋混凝土梁相 比, 还具有 自重轻 、 刚度大 、 延性好 、 稳定性能好 、 使用周期长 、 抗震 性能好等优 点l 】 。组合梁具有优 良的结构性能 从 2 0世纪 5 0年代开始 , 组合梁在我 国的高层建筑 、 工业建筑 、 桥梁结构等领域得到 了大量应用 钢结构因其优 良的结构性能被广泛应用于实际工程中 各种类型的钢结构 都会遇到稳定问题 。 对于因受压、 受弯和 受剪 等存在受压 区的构件 如果 技术 处理不 当, 有可能使结 构出现整体失稳或局部失稳 对于整体失稳 一旦发生即宣 告构件丧失了承载能力
7、:局部失稳会造成构件形状改变 整 体承载能力降低等 一般情况下不允许发生局部屈曲 但 少 数情况下可以利用屈曲后强度 , 以获得最佳 的经济利益。因 失稳 而导致的钢结构破坏时有发生 钢一 混凝土组合梁也不 例外。如果对这一问题处理不好 将造 成十分严重的后果。 1 钢一 混凝土组合梁 的稳定情况 目前 对钢结构 的稳 定研究 已经 比较成熟 但对于 钢一 混凝土组 合结构的稳定研究 还是一个相 对 比较新 的课 题 目前组合梁的屈曲研究一般采用简化理论方法和数值方 法。 简化理论方法主要包括能量法和弹性地基压杆法 数值 法主要包括有 线条法和有 限元法 组合梁的稳定分为局部稳定与整体稳定两大
8、块 在施工 阶段 钢梁与上部 的组合板 的组合作用还没有产生 。 此时需 要研究的是下部钢梁的稳定 问题 应按钢结 构中相关稳定要 求进行验算 : 在正 常使用 阶段 钢梁与上部组合 板的组合作 用已经发生 此时组合梁的稳定性 能与钢结构的稳定性能有 较大差异 需考虑组合作用 按组合结构的要求进行稳定验 算。 对于单跨简支组合梁 在荷 载作用下 组合梁的钢梁下 翼缘处于受拉状态 且钢梁上翼缘与上部混凝 土板相连接 , 一 般情况下不会出现整体失稳问题 对于多跨 连续组合梁 在中间支座截面处的弯矩为负弯 矩 钢梁下翼缘处于受压状态 如果在负弯矩作用 区钢梁 没 有侧 向支撑或侧 向支撑间的距离较
9、大 钢梁下翼缘和腹板可 能发生弯扭现象而偏离荷载作用平 面 继而发生整体失稳破 坏 见图 1 钢一 混 凝土组合 梁在实际工程 中一般有简 支梁与连 续 梁两种结构形式 对于简支组合梁 钢梁下翼缘处于受拉状 态。 一般不会发生局部失稳: 但对于梁端腹板, 可能在复合 堕 查工 垄生旦整 整 翌王垄咎组合梁, 在支座负弯矩 【 收稿日 1 2 0 1 3 0 5 0 7 【 作者简介】 施 佳 佳 , 南 京 工 业 大 学 土 木 工 程 学 院 , 研 究 生 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 3年第 4期 ( 总第 1 5 6期 )
10、区 由于压型钢板组合梁的 中和轴一般在钢梁上翼缘 附近 下翼缘处受到很大 的压应力 。 很容易发生局部失稳 ; 而支座 附近区域的腹板不仅受到较大 的压应力 同时还受 到较大 的剪 应力与局部压应力 在这些复合应力的作用下 , 腹 板也 很容 易发生局部失稳 通过上述分析 钢一 混凝 土组合 梁中可能发生局部失稳 的部 位有 : ( 1 ) 弯曲应力作用下的受压翼缘 ; ( 2 ) 剪应 力作用 下的腹板 ; ( 3 ) 剪应力与弯 曲应力作用下 的腹板 。 为防止板件发生局部失稳 可 以通过减小钢 梁板件的 边 长 , 增加板件厚度 也可 以设置加劲肋等措施来提 高钢构 件 的稳定 能力 局
11、部 失稳不仅会对组合梁的承载能力造成影 响 而且 有 可能引起 结构的整体失稳 最终 导致结构 的破 坏。 2国 内外研究状况 截至 目前 国内外学者对钢一 混凝土组合梁的稳定性能 进行 了相应研究 1 9 7 0年 C l i m e n h a g a fl 通 过对负弯矩作 用下组合 梁 的试 验分析 得出 4种不 同截 面类型 的组合梁 的负弯矩与截 面 转角之间 的关 系曲线 , 见 图 2 。 对于 I, 类截 面在负弯矩作 用下 , 钢梁进入 应力 强化或塑性 阶段 ; 对于第 类 截面 , 负 弯矩作用下 截 面开始屈服或部分屈服时局部失稳发 生 : 对 于第类截面 , 钢梁处
12、于弹性阶段时 。 局部 失稳 便已发生。 l 9 7 4年 S u m i o H a ma d a 等通过试 验对连 续组合 梁受 压翼 缘的横 向屈 曲与局部屈 曲进行 了研究 。使 用迭代法指 出 : 如果受压翼缘处没有加设盖板 进行 加固 。 受压翼 缘有可 能发 生局部屈 曲而影响组合梁负弯矩 区的弯矩抵抗 能力 。 1 一 _ 图 1 组合梁的整体 失稳 图 2 组合梁 负弯矩一 转 角曲线 e 1 9 7 5年 J o h n s o n 建 议对连 续组 合梁 内支座 负弯矩 区 钢板 的宽厚 比作相应 的限制 , 以实现塑性铰的内力重分布。 对于受压翼缘 : : : ( 1
13、) t N e 3 1 9 - f 1 式中 : b r , t 厂 受压翼缘的宽度与厚度 ; 厂 钢材的屈服应变, e y = f E , ; 为钢材的屈服 强度 , E 为钢的弹性模量 ; 一 钢材抗拉强度 。 对 于 腹 板: 兰 盟 o r 0 2 8 8 r 0 2 8 ( 2 ) 、 式中 : h , 腹板 的高度与厚度 ; r = AA A, , A, 为 受拉 钢筋截 面面积 为 钢筋 屈服 强 度 , A 为钢梁截面面积。 1 9 8 8年 G o l t e r m a n n和 S v e n s s o n 在研 究组合 梁 的稳 定 时假定混凝土板的约束 限制 了钢梁
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