鋼板夾芯混凝土組合梁力學性能優化

摘要：近些年來，隨著人們生產及其日常生活中對科學技術的迫切需要，許多結構工程中都已經普遍使用了鋼板夾芯混凝土組合結構。例如，我們日常生活中常見的橋梁結構和防護結構，還有一些不太常見的組合結構，如船舶結構和近海結構等等，這些結構工程都展示了鋼板夾芯混凝土組合結構的廣闊應用前景。但是在設計原理方面和設計上，鋼板夾芯混凝土組合結構和其它組合結構相比，仍然存在著很多問題，這就需要我們對鋼板夾芯混凝土組合結構進行一系列高效率的優化，使其達到我們所需要的標準。本文就從鋼板夾芯混凝土組合結構的現狀及其性能優化方面進行分析研究。

關鍵字：鋼板夾芯混凝土組合梁 力學性能 優化研究

1、鋼板夾芯混凝土組合結構來源及分析

1.1鋼板夾芯混凝土組合結構的來源

在人們的日常生活及生產中，最常見的組合結構就是鋼一混凝土組合結構，顧名思義鋼一混凝土組合結構就是將鋼板和連接件焊接成一體，并在它們的上部或者內部澆注混凝土，使其成為一個完整的組合結構。鋼板和混凝土之間的粘結力主要是靠剪力連接件來傳遞的。目前，鋼—混凝土組合結構是一種研究比較成熟、應用十分廣泛的結構形式，主要包括組合梁、組合柱、組合板和組合剪力墻。這種組合結構在橋梁結構工程及土木結構工程中有著非常廣泛的應用前景，但是存在著許多的不足，例如易變性、變形大等等諸多問題，這就迫切需要一種新型的組合結構用來滿足人類生活及生產的需要。鋼板夾芯混凝土組合結構就是一種繼承了鋼一混凝土組合結構的優勢，并且對其不足之處進行優化而成的新型組合結構。

1.2鋼板夾芯混凝土組合結構的性能分析

鋼板夾芯混凝土組合結構就是將使用壽命長久且成本比較低的混凝土材料填充在兩層鋼板之間，這種方法不僅靈活運用了組合結構的概念，還能夠充分發揮各種組合結構的優勢，有助于生產生活當中對各項工作的有效開展，最終有助于獲得更大的經濟效益。在制作過程中，通常在下部和上部鋼板上焊接剪力連接件，通過這種方法有效保證鋼板和混凝土之間的相互作用。顧名思義，鋼板夾芯混凝土組合結構就是屬于一種組合構件，上部和下部的核心混凝土抗剪和鋼板抗彎構成了這種組合構件。這種鋼板夾芯混凝土組合結構不僅僅利用了鋼一混凝土組合結構的各種優點，還合理的運用了夾芯復合結構的優點，更關鍵的是將二者巧妙地結合在一起，使之具有剛度大、施工方便、受力合理、截面結構靈活以及大大提高綜合經濟效益、比較容易實現產業化生產等各種優點。

2、鋼板夾芯混凝土組合結構的應用

2.1組合結構在橋梁、近海結構工程中的應用

由于實際生活當中的需要，各種橋梁結構和近海結構都需要承受較大的負重，人們普遍使用的鋼筋混凝土結構難以滿足所需要的各項條件。相比之下，鋼板夾芯混凝土這種組

合結構能夠有效、充分的發揮混凝土抗壓性能高以及鋼板抗拉強度大的優點，從而能夠承受更大的負重，解決了人們在橋梁、近海結構工程中面臨的首要難題。

2.2組合結構在防爆工程中的應用

最近幾年來，由于各種自然災害的不斷發生，例如地震、環境影響、火災、大爆炸，以及一些人為災害的發生，例如超重、超載、工作者施工不當、設計師設計失誤，鋼筋混凝土結構和鋼一混凝土結構已經難以滿足實際工程中的需要，然而鋼板夾芯混凝土組合結構在這些自然災害和人為災害的各種防爆炸性能方面表現的較為優越。這種高抗力的組合結構不僅具有獨特的抗爆炸性能，還能有效經受住各種形式的爆炸載荷的攻擊，其中包括汽車爆炸、卡車爆炸和炸藥爆炸等各種爆炸。

2.3該組合結構在隧道等防護工程中的應用

通過大量工作者的實際操作，將鋼板夾芯混凝土這種組合結構應用在隧道等防護工程中，不僅大大提高了隧道等防護結構的穩定性、剛度和承載能力，還能有效增強結構的抗滲性和耐用性。主要是由于內、外層鋼板對混凝土具有很強的約束力，能有效發揮鋼板抗拉和混凝土抗壓的性能，這恰好能夠運用在隧道等防護工程中，并且具有一定的優勢。

3、鋼板夾芯混凝土組合梁力學性能的優化研究

通過近幾十年來各位工程界前輩的努力研究和實驗分析，我們知道了鋼板夾芯混凝土組合梁結構的破壞形式主要包括滑移破壞、彎曲破壞和剪切破壞，并且通過大量實驗分析知道發生彎曲破壞的鋼板夾芯混凝土組合梁的承載力和延性性能十分的好，剪力連接件的間距和數量都嚴重影響著組合梁的抗彎承載力。

3.1鋼板夾芯混凝土組合梁的抗彎承載力分析

鋼板夾芯混凝土組合梁中的鋼板和混凝土之所以能夠保證它們整體共同工作，主要是因為剪力連接件傳遞混凝土和鋼板界面上的縱向水平剪力。比較常見的完全剪力連接組合梁和部分剪力連接組合梁就是根據剪力連接程度的大小來劃分的。鋼板強度、鋼板厚度、混凝土強度等等直接影響著鋼板夾芯混凝土組合梁的極限抗彎承載力。通過實驗分析發現鋼板的強度和厚度都對鋼板夾芯混凝土組合梁的極限承載力有著很大的影響，混凝土的強度對鋼板夾芯混凝土組合梁的極限承載力的影響相對而言小了很多，并且鋼板夾芯混凝土組合梁的極限承載力隨著鋼板的強度和混凝土強度的增大而增大，這就需要我們在實際的工程操作中加大鋼板的硬度和增強混凝土的強度來有效的增大鋼板夾芯混凝土組合梁的極限承載力。

3.2鋼板夾芯混凝土組合梁的界面滑移分析

鋼板夾芯混凝土組合梁實質上就是將混凝土澆注在焊有剪力連接件的兩層鋼板之間，這種組合結構的力學模型可以簡單的視為由鋼板、剪力連接件和混凝土組合而成的一個完整組合體。剪力連接件是鋼板夾芯混凝土組合梁中最為重要的一個部分，它不僅僅有助于協調鋼板和混凝土之間的連接，還決定著鋼板和混凝土之間的界面抗剪能力，從而有效保證鋼板與混凝土產生組合效應并能很好的共同工作。在日常的工程中一般都是采用柔性剪力連接件，采用這種較為柔軟的剪力連接件的目的主要是利用自身的變形來實現傳遞鋼板與混凝土界面間的剪力的作用，柔性剪力連接件沿著組合梁傳遞剪力之后，混凝土和鋼板之間的界面伴隨著一定的相對滑移，就是這種界面滑移對組合梁的性能有著極其重要的影響，其中主要包括：對組合梁中的混凝土和鋼板之間的界面受力性能降低，并且隨著梁長位置的改變而改變；

降低了組合梁的截面抗彎剛度，使組合梁的截面抗彎剛度成為了一個變值；大大的降低了截面的組合效應，使得組合截面抗彎承載力嚴重減小，通過大量分析實驗可知組合梁跨中的界面滑移為零，并且最大界面滑移發生在組合梁的端部，因此可以通過提高剪力連接件的抗剪剛度，縮小剪力連接件的沿梁長方向上的布置間距等方法來有效減小鋼板與混凝土間的界面滑移。

結語：

本文主要通過對鋼板夾芯混凝土組合結構在生產生活當中的性能進行研究分析以及在橋梁、近海結構工程和隧道等防護工程中的應用，最終對鋼板夾芯混凝土組合梁力學性能進行了一系列的優化研究并得出了較好的優化方案。

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