项目名称: 钢板-混凝土组合构件的受力性能与设计方法研究

项目编号: No.50808110

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2009

项目学科: 金属学与金属工艺

项目作者: 吴丽丽

作者单位: 中国矿业大学(北京)

项目金额: 22万元

中文摘要: 钢板-混凝土组合板通过栓钉抗剪连接件将钢板与后浇混凝土组合成整体,混凝土可充分发挥其抗压性能,钢板可抵抗底板平面内任意方向的拉应力,栓钉传递钢板与混凝土之间的剪力并防止二者的分离。它构造简洁、形式合理、易于满足异型结构的受力要求和避免混凝土裂缝问题,具有良好的技术经济效益。本项目通过理论分析、有限元和数值计算,建立了钢-混凝土组合板整体和局部弹性屈曲的分析模型,给出了可供设计参考的防止完全剪力连接四边简支组合板整体屈曲所需混凝土板最小厚度以及四边简支组合板栓钉连接最大间距的计算公式。同时,设计了二十九块简支组合板试件,考虑钢板及混凝土厚度、几何尺寸、栓钉布置及间距变化,钢板与混凝土交界面的剪力连接程度及滑移效应的影响,通过试验研究并结合理论分析和数值计算,重点研究钢板-混凝土组合构件的抗弯、抗剪承载力,提出其抗弯、抗剪承载力的计算方法。同时针对新型下承式梁桥结构-槽形钢-混凝土组合梁中组合板的受力性能,进行了有限元分析和试验研究,设计了截面尺寸几何比例为1:3,构件长度比例为1:4的简支单线槽形组合梁模型的静力试验,对其抗弯承载力、刚度、应力和裂缝分布特征等基本受力性能开展了研究。

中文关键词: 钢板-混凝土组合板;稳定;剪切滑移效应;抗弯承载力;抗剪承载力

英文摘要: Steel-concrete composite slab is composed of steel plate combined with concrete slab by stud shear connectors. The concrete can fully exploit its compression charateristics and the steel plate can resist the tension stress from arbitrary directions, while the studs can transfer the shear force between steel plate and the concrete and prevent them from detachments. It has many advantages such as facilitating construction process, reasonable fabrication, being apt to satisfy the mechanical behavior of heterotypic structures and also protecting them from exposure of concrete cracks, thus it has fair economic benefits etc. The analytical model of the global stability and the local stability of the steel-concrete composite slab is proposed through the theoretical analysis, finite element analysis and numerical calculations. A regressed formula of the minimal thickness of concrete plate is suggested for preventing simply supported rectangular steel-concrete composite slabs with full shear connection from global shear buckling. In addition, the formula of maximal spacing of shear studs is deduced for the simply supported composite slab. Based on these, about 29 simply supported composite steel-concrete slabs are designed, main factors for the thickness of the steel plates and the concrete plates, geometrical dimensions, the layout and spacing of the studs, shear connection degree at the interface of the steel plates and the concrete and the shear slip effects of the interface. The flexural strength and the shear resistance of the steel-concrete composite components are studied herein through the experiments combined with theoretical analysis and numerical calculations, to propose the design methodology of the flexural strength and the shear resistance. Finite element analysis and experimental study are carried out to study the mechanical behaviors of the steel-concrete composite slab in a new type of through bridge structures named the Steel-concrete Composite Channel Girder. A static test of four-point symmetric bending is designed on a simply supported steel-concrete composite channel beam model with 1/3 sectional scale and 1/4 length scale. Preliminary research was conducted on its bending capacity, stiffness, stress distribution, and crack pattern etc.

英文关键词: steel-concrete composite slab; stability; shear slip effects; flexural strength; shear strength

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