楔块组合梁横截面应力分布探究.doc

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1、楔块组合梁横截面应力分布探究摘要：针对刚性楔块连接的组合梁问题，采用简化模型，求解刚性楔块组合梁中性轴位置，并推导纯弯曲状态下梁横截面正应力公式。通过对钢-铜楔块梁的实验模型测定，将公式推导理论值与实验值进行对比，从组合梁的理论值和实测值的比较图来看，两者数据吻合较好，实验结果印证了理论计算结果。关键词：楔块梁；组合梁；应力分布Abstract：basedontherigidwedgeblockconnectionproblemofthecompositebeams,thesimplifiedmodel,solvingtherigidcompositebeamswedgeneu

2、tralshaftpositionisderived,andverifiedthepurebendingstatebeamscrosssectionnormalstressformula・Throughtothesteel-copperwedgeblockbeamsoftheexperimentmodeldetermination,thetheoreticalformulawillbecomparedwiththeexperimentalvalue,fromthetheoreticalandtheresultsofthecompositebeamscomparisonchart

3、tosee,bothdataisconsistent,theexperimentalresuItsprovedthetheoreticalcalculationresult・Keywords：wedgeblockbeam；compositebeams；Stressdistribution中图分类号：U441.5文献标识码：A文章编号：1引言日常生活中，经常出现两根以上的梁共同作用而成的组合梁。如常见的叠梁门，水利工程中的船闸，靠连接件形成的钢一混凝土组合梁［1］,完全刚性楔块连接而成的组合梁以及多根梁自然叠放在一起形成的组合结构，这些组合梁因设计灵活，施工简便，在桥梁、结构补强

4、等工程中应用广泛。组合梁受弯时横截面上的应力分布状况是决定组合梁抗弯能力的决定因素。因此，有必要对组合梁受弯时截面的应力分布进行理论分析及研究。文献［1］利用弹性分析理论，探讨在跨中两点对称荷载作用下钢一混凝土简支组合梁交界面滑移的计算公式；文献［2］假定自由叠放的两根组合梁具有同一形心轴，通过实验的角度分析其应力分布状况；文献［3］运用能量法以及电测实验探讨了矩形截面叠梁纯弯曲的模型简化；文献［4］引入接触力函数对简支叠梁的内力和变形进行了计算；文献［5］研究了收缩和徐变对长期荷载作用下钢-混凝土组合梁弯曲变形以及界面剪力和相对滑移的影响。本文在前人研究基础上求解完全刚性楔块

5、连接组合梁的中性轴位置，并在此基础上推导组合梁横截面应力分布公式。2完全刚性楔块组合梁理论分析2.1基本假设：在推导楔块组合梁横截面正应力公式前作如下假定：(1)组合梁为完全刚性楔块梁，楔块与楔孔之间没有间隙，即组合梁上、下梁接触面连接紧密，无相对位移；(2)平面假设仍然成立，即组合梁上、下梁的每根梁横截面应力分布仍是线性的。2.2理论公式推导为了研究纯弯曲时刚性楔块组合梁横截面受力状况，采用图1所示简支梁。图1完全刚性楔块连接组合梁由假设(1)知此楔块梁上必定存在一个沿纵向的中性层，而横截面上必定存在一个中性基金项目：四川省教育厅面上项目(11ZB101)及四川理工学院科研基

6、金项目(2011RC22)资助作者简介：李红梅(1982-),女，汉族，山东潍坊人，助理实验师，硕士研究生，从事结构方向及道路工程方向教学及科研工作轴，该中性轴上的纵向应变和正应力均为零。截取纯弯曲段梁上某横截面如图2所示，中性轴设为轴，由于此时中性轴的具体位置无法确定，假设其与接触面的距离为。横截面对称轴为轴，同时假设上梁的拉伸弹性模量为，下梁的拉伸弹性模量为。图2楔块梁横截面示意图图3楔块梁截断示意图由于横截面上没有轴力，由图3知：横截面上各点处的法向微内力组成一空间平行力系，即则由此求的中性轴位置(1)又梁横截面上仅存在弯矩，则,令，则，(2)根据平行轴定理，式中：(3)

7、(4)因此，楔块梁纯弯曲段任意位置横截面上的应力可以表示为：(5)3实验结果与对比如图所示的简支钢一铜矩形截面组合梁，其上、下梁的横截面尺寸相同，横截面尺寸，，梁长，，加载，本实验使用的钢弹性模量，黄铜弹性模量。为了测定应力沿横截面的变化规律，在上下梁沿横截面的高度各贴5枚应变片，各应变片坐标位置如图4所示:图4钢-铜组合梁加载及应变片分布示意图运用理论公式计算的应力、应变值与实测值对比见图5及图6：图5钢-铜叠合梁横截面应力理论值与实测值对比图6钢-铜叠合梁横截面应变理论值与实测值对比4结