钢箱-混凝土组合梁正截面强度 设计理论与试验研究

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1、钢箱－混凝土组合梁正截面强度设计理论与试验研究钟新谷，舒小娟，沈明燕，莫时旭，谢文（湖南科技大学，湖南湘潭４１１２０１）［摘要］　基于钢箱－混凝土组合梁的基本特性，提出了正截面强度设计理论，并分析梁宽厚比、混凝土套箍效应对正截面强度的影响，提出了该类组合截面的合理尺寸选择原则，分析表明钢箱－混凝土组合梁较空箱的承载力有明显提高，其受力性能明显改善。同时进行３根大比例钢箱－混凝土组合梁的模型试验研究，试验研究表明：钢箱－混凝土组合梁具有良好的抗弯性能和延性，极限承载力提高显著。钢箱－混凝土组合梁通过进一步的试验与理论研究有广泛的应用前景。［关键词］　钢箱－

2、混凝土组合梁；设计理论；试验研究［中图分类号］　Ｕ４４　［文献标识码］　Ａ　［文章编号］　１００９－１７４２（２００８）１０－００４７－０７能好的特点，发挥两者各自优势，使梁既有较轻的自1前言重，又能获得较高的承载能力。这样结构能在尽量钢箱－混凝土组合截面梁，正是基于一般型钢达到较小建筑高度要求的同时，减少钢材用量，获得－混凝土组合结构和钢管（方钢管）混凝土用于梁良好的综合经济效应。钢箱－混凝土组合梁中的混［１］类结构的不足，发挥两者的优势同时克服它们的凝土处于钢箱壁的套箍作用之中，处于三向受压的缺点而提出的，其截面形式如图１所示。截面分为混凝土能更好地

3、发挥抗压性能；而且，套箍作用限制上下两个箱室，受弯矩作用时，在位于受压区的上室了混凝土的开裂，使梁的延性大为提高。从两者的（用于连续梁的负弯矩区也可以是下室）填充混凝粘结性能分析，钢箱－混凝土组合梁中两者的结合土，该室的受力特点类似方钢管混凝土偏心受压构面积大，与钢壁对混凝土的紧箍作用一起提供了更件；位于受拉区的一室依然仅由钢材承担拉力，其作为可靠的粘结，而且不存在纵向开裂问题，从而免去用类似叠合式梁中的型钢；此外，它还具有类似于薄了复杂的剪力连接件的设计与施工。从施工角度分壁闭合钢箱梁的特点，具有良好的抗扭性能。首先，析，钢箱－混凝土组合梁施工亦较方便

4、。空的钢箱与空钢箱梁相比：在受压的箱室中充填了混凝土，使梁焊接并就位后，本身便是很好的模板，省去了制作受压区钢板的局部屈曲强度大为提高，有利于钢材混凝土构件的模板工序，并且，利用混凝土泵送技术［２］强度的充分发挥，很明显刚度则较钢箱梁要大，浇筑室内混凝土，可以获得较快的施工进度。［３～５］并且具有更好的延性。与钢箱梁一样具有抗扭刚度无论与圆钢管混凝土还是与方钢管混凝土大的特点，且截面因填充混凝土，翘曲和畸变受到一相比，钢箱－混凝土组合梁在受拉区没有混凝土，很定约束，使结构的扭转性能更优于薄壁钢箱梁。其明显具有更好的抗弯效率，通过合理设计，可以保证次，与叠

5、合式梁截面的组合梁相比：钢箱－混凝土组混凝土处于受压区，从而减去受拉区混凝土，减轻自合梁同样主要利用钢材抗拉性能好、混凝土抗压性重，能适用于受弯或大偏心受压构件中。［收稿日期］　２００６－１２－０７；修回日期　２００７－０６－２６［项目来源］　国家自然科学基金资助项目（５０４７８０９９）［作者简介］　钟新谷（１９６２－），男，湖南宁乡县人，博士，湖南科技大学教授，主要研究方向为桥梁工程２００８年第１０卷第１０期47上式中，只考虑拉伸强化效应。2．2钢箱－混凝土组合梁受压区的混凝土本构关系在方钢管混凝土构件受压性能的相关文献［４，５］中，为了简化结构正截面

6、强度计算方法，通过试验提出了方钢管混凝土的压应力－应变的本构关系。钢箱－混凝土组合梁处于受压区的箱室内混凝土完全可视为偏心受压方钢管混凝土，为避免重复研究，钢箱－混凝土组合梁中的混凝土本构关系可采用方钢管混凝土的研究成果。本项目采用文献图1钢箱－混凝土组合梁［６］中提出的偏心荷载作用下方钢管核心混凝土本Fig．1Sectionofsteelbox构关系如下式及图３所示：concretecompositebeam０（ε≤０）提出这种新型截面梁，通过一定的理论与试验２εεfｃ０２－（０＜ε≤ε１）研究，完全可能用于实际结构。应用该新型组合截ε１ε１σｃ＝面梁

7、对于组合结构的新形式探索研究和建筑结构、ε－ε１fｃ０＋（fｃ０－fｃ１）（ε１＜ε≤ε２）桥梁中的应用有重要意义。ε１－ε２fｃ１（ε＞ε２）2材料本构关系（３）2．1钢材的本构关系其中建筑钢材本构关系如图２所示，按２种模型考fc０＝f０＋１MPa×虑：理想弹塑性模型本构关系如式（１）；双折线线性２２３５０（t／D）＋１．３７（D／t≤２１）强化模型本构关系如式（２），E’按Ｙ．Ｈｉｇａｓｈｉｂａｔａ建２２８８０（t／D）＋０．１７（D／t＞２１）议取E’＝０．０１E。fｃ１＝（１．６－０．０２５D／t）fｃ０　（０≤fｃ１≤fｃ０）－fｙ（ε≤－εｙ

8、）３ε１＝０．０７３２t／D＋２．２８×１０（４）σｓ＝εE（－εｙ＜ε≤εｙ）