曲線組合梁中各因素對承載力的影響

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一、引言

隨著社會的不斷發展，建筑物也隨之向著更高、更大、更復雜的方向發展，在很多場合，常見的直梁、純鋼梁、鋼筋混凝土梁難以滿足使用要求，這就使得曲線組合梁的應用越來越廣泛。在施工過程中曲線組合梁會受到一些難以控制的不利因素影響，在長期運營過程中又經常受到環境侵蝕或超載作用的影響，這就使得了解和預測曲線組合梁在超載條件下的結構狀態(特別是梁的極限狀態)變得尤為重要。

二、曲線組合梁中各因素的影響

針對橋梁結構受力性能的研究，能夠更好的進行極限設計，幫助我們了解結構的破壞形式，準確探知結構在給定荷載下的安全儲備或超載能力，為其安全施工和營運管理提供依據和保障。

對于曲線鋼-混凝土組合梁，我們不僅要研究曲線鋼-混凝土組合梁的基本力學性能，還要考察混凝土板與鋼梁的協同工作性能，其次，其撓度變化也是我們研究的重點。此外，其變形規律也是必須研究的重點內容之一。結合已完成的試驗、模擬和理論計算。

第一，影響曲線鋼-混凝土組合梁的力學性能的因素是多重的，其中混凝土板的厚度會對結果產生影響。相關試驗表明，隨著混凝土板厚度的增加，鋼-混凝土組合梁的開裂彎矩、屈服彎矩和極限承載力均有增大。這表明組合梁的抗彎承載力隨著板厚的增加而提高。在彈性階段試件不同混凝土板厚度的跨中彎矩-撓度曲線的斜率相近，表明混凝土板的厚度對組合梁的初始剛度影響較小；但是加載至鋼梁屈服后，混凝土板薄的試件剛度退化較混凝土板后的試件更為顯著，表明增加混凝土板的厚度能減小組合梁在彈塑性階段的剛度退化。

第二，栓釘間距對鋼-混凝土組合梁會產生影響。根據已有的試驗結果，在試件的栓釘間距不同，而其他的試驗參數相同時，結果發現，栓釘的間距越小，鋼-混凝土組合梁的開裂彎矩、屈服彎矩和極限抗彎承載力越大。此外，栓釘間距越小，混凝土板和鋼梁交界面上的相對滑移就越小，表明減少栓釘間距能增加混凝土板和鋼梁間的組合作用。

第三，混凝土板縱向鋼筋配筋率的影響。縱向配筋率大的組合梁試件在彈性階段和彈塑性階段的抗彎剛度均大于縱向配筋率小的試件。并且，縱向配筋率的高低不顯著影響試件的極限抗彎承載力。

第四，混凝土板形式的影響。試驗發現，因為預制混凝土板的彈性模量大于現澆混凝土，所以預制混凝土板的剛度退化程度小于現澆混凝土板，但它們的極限抗彎承載力近似相等。因此，預制鋼-混凝土組合梁和現澆鋼-混凝土組合梁的抗彎性能相近。

第五，梁的曲線半徑會影響混凝土板和鋼梁的相對滑移。對于曲線半徑不同的試驗梁，在相同荷載的作用下，隨著跨徑比的增大，處于相同位置截面的混凝土板和鋼梁的切向相對滑移量會增大。切向滑移隨著荷載增大而增大。半徑不同試驗梁切向滑移沿梁軸曲線的分布規律基本相同，在支座處和加載位置由于反力增加了鋼梁與混凝土板結合面上的局部壓力，使摩擦力增大，抑制了結合面的相對滑移，因此梁端和加載位置滑移反而較小。徑向滑移的最大值發生在支座位置處，徑向滑移整體均是隨著荷載的增大而增大，相同荷載下徑向滑移比切向滑移值要小。

第六，曲線鋼-混凝土組合梁在負彎矩和扭矩的共同作用下，在約 0.15 倍極限荷載時裂縫就已出現，約0.75倍極限荷載時裂縫基本出現完全，且混凝土頂板裂縫由于扭矩的存在發生傾斜。而且組合梁混凝土主要裂縫間距受橫向鋼筋間距的影響較大。

綜上，可以看出，影響曲線鋼-混凝土組合梁受力性能的因素是比較復雜的，從已有的試驗我們可以看出，曲率是一個重要的研究階段，這直接影響曲線鋼-混凝土組合梁的承載力及相對滑移，因此，這是未來研究的重點。

三、展望

國內外學者已對曲線鋼-混凝土組合梁結構受力性能問題開展了較為廣泛的研究，并取得了一定的成果，但隨著組合梁跨徑的不斷增大，結構的日益復雜，還存在許多問題有待于進一步探討和研究。

第一，曲線鋼-混凝土組合梁極限承載力的理論細化和分析方法的研究。通過論文表明結構的實際承載能力需要考慮構件的幾何形式和材料性能才能準確的評估，但時至今天都沒有找到一種可以用過建立一套精確考慮結構件的幾何形式和材料性能的曲線組合梁分析理論和計算方法以及如何定量分析非線性因素對組合梁結構極限承載力的影響。

第二，實際使用極限承載力試驗研究。通常的試驗是通過模型進行分析，必然會因為尺寸的變化和環境的不同等一些條件的影響而導致試驗得到的結果與現場實際相比有所不同。組合梁梁作為整個建筑中的重要組成部分，不可能為進行破壞性試驗研究而破壞組合梁，也不可能新建相同的建筑物進行破壞性試驗的研究。國內最近幾年的建筑物的擴建為進行實際極限承載力試驗提供難得的機會，從而為今后進行實際試驗提供了條件。

第三，國內對曲線鋼-混凝土組合梁受力性能的研究更多的是把恒載與人員荷載這些面內荷載作為了研究的重點，而對于風荷載、地震荷載、激振等其他荷載形式作用下的組合梁受力性能所進行的研究并不深入，今后可以針對不同的荷載進行研究。

第四，大跨徑彎曲梁鋼-混凝土組合梁施工過程中體系有時會進行變化轉換，結構的變形、混凝土的收縮、鋼筋的徐變等因素均會對其承載力產生影響，內力變化幅度很大，在施工的過程中會出現不利的荷載。為了保證施工過程中的組合梁安全.研究施工中的受力性能是非常必要的。另外，構件的受力性能也會收到不同的施工方法和施工順序的影響，而這方面的研究還很不足。

第五，曲線梁受力性能分析程序的研制和開發。雖然目前有許多大型有限元分析軟件如ANSYS、ADINA、ABAQUS軟件，但是均不能有效的解決曲線組合梁中極限承載力計算的問題。所以，要通過大量的研究開發出一套更方便曲線組合梁計算的軟件極為重要。

四、總結

通過國內外的試驗研究分析表明，影響曲線鋼-混凝土組合梁的受力性能主要有如下幾個方面：混凝土板厚度、混凝土板材料、鋼構件強度、組合形式、曲率半徑等因素。