曲线组合梁中各因素对承载力的影响

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一、引言

随着社会的不断发展，建筑物也随之向着更高、更大、更复杂的方向发展，在很多场合，常见的直梁、纯钢梁、钢筋混凝土梁难以满足使用要求，这就使得曲线组合梁的应用越来越广泛。在施工过程中曲线组合梁会受到一些难以控制的不利因素影响，在长期运营过程中又经常受到环境侵蚀或超载作用的影响，这就使得了解和预测曲线组合梁在超载条件下的结构状态(特别是梁的极限状态)变得尤为重要。

二、曲线组合梁中各因素的影响

针对桥梁结构受力性能的研究，能够更好的进行极限设计，帮助我们了解结构的破坏形式，准确探知结构在给定荷载下的安全储备或超载能力，为其安全施工和营运管理提供依据和保障。

对于曲线钢-混凝土组合梁，我们不仅要研究曲线钢-混凝土组合梁的基本力学性能，还要考察混凝土板与钢梁的协同工作性能，其次，其挠度变化也是我们研究的重点。此外，其变形规律也是必须研究的重点内容之一。结合已完成的试验、模拟和理论计算。

第一，影响曲线钢-混凝土组合梁的力学性能的因素是多重的，其中混凝土板的厚度会对结果产生影响。相关试验表明，随着混凝土板厚度的增加，钢-混凝土组合梁的开裂弯矩、屈服弯矩和极限承载力均有增大。这表明组合梁的抗弯承载力随着板厚的增加而提高。在弹性阶段试件不同混凝土板厚度的跨中弯矩-挠度曲线的斜率相近，表明混凝土板的厚度对组合梁的初始刚度影响较小；但是加载至钢梁屈服后，混凝土板薄的试件刚度退化较混凝土板后的试件更为显著，表明增加混凝土板的厚度能减小组合梁在弹塑性阶段的刚度退化。

第二，栓钉间距对钢-混凝土组合梁会产生影响。根据已有的试验结果，在试件的栓钉间距不同，而其他的试验参数相同时，结果发现，栓钉的间距越小，钢-混凝土组合梁的开裂弯矩、屈服弯矩和极限抗弯承载力越大。此外，栓钉间距越小，混凝土板和钢梁交界面上的相对滑移就越小，表明减少栓钉间距能增加混凝土板和钢梁间的组合作用。

第三，混凝土板纵向钢筋配筋率的影响。纵向配筋率大的组合梁试件在弹性阶段和弹塑性阶段的抗弯刚度均大于纵向配筋率小的试件。并且，纵向配筋率的高低不显著影响试件的极限抗弯承载力。

第四，混凝土板形式的影响。试验发现，因为预制混凝土板的弹性模量大于现浇混凝土，所以预制混凝土板的刚度退化程度小于现浇混凝土板，但它们的极限抗弯承载力近似相等。因此，预制钢-混凝土组合梁和现浇钢-混凝土组合梁的抗弯性能相近。

第五，梁的曲线半径会影响混凝土板和钢梁的相对滑移。对于曲线半径不同的试验梁，在相同荷载的作用下，随着跨径比的增大，处于相同位置截面的混凝土板和钢梁的切向相对滑移量会增大。切向滑移随着荷载增大而增大。半径不同试验梁切向滑移沿梁轴曲线的分布规律基本相同，在支座处和加载位置由于反力增加了钢梁与混凝土板结合面上的局部压力，使摩擦力增大，抑制了结合面的相对滑移，因此梁端和加载位置滑移反而较小。径向滑移的最大值发生在支座位置处，径向滑移整体均是随着荷载的增大而增大，相同荷载下径向滑移比切向滑移值要小。

第六，曲线钢-混凝土组合梁在负弯矩和扭矩的共同作用下，在约 0.15 倍极限荷载时裂缝就已出现，约0.75倍极限荷载时裂缝基本出现完全，且混凝土顶板裂缝由于扭矩的存在发生倾斜。而且组合梁混凝土主要裂缝间距受横向钢筋间距的影响较大。

综上，可以看出，影响曲线钢-混凝土组合梁受力性能的因素是比较复杂的，从已有的试验我们可以看出，曲率是一个重要的研究阶段，这直接影响曲线钢-混凝土组合梁的承载力及相对滑移，因此，这是未来研究的重点。

三、展望

国内外学者已对曲线钢-混凝土组合梁结构受力性能问题开展了较为广泛的研究，并取得了一定的成果，但随着组合梁跨径的不断增大，结构的日益复杂，还存在许多问题有待于进一步探讨和研究。

第一，曲线钢-混凝土组合梁极限承载力的理论细化和分析方法的研究。通过论文表明结构的实际承载能力需要考虑构件的几何形式和材料性能才能准确的评估，但时至今天都没有找到一种可以用过建立一套精确考虑结构件的几何形式和材料性能的曲线组合梁分析理论和计算方法以及如何定量分析非线性因素对组合梁结构极限承载力的影响。

第二，实际使用极限承载力试验研究。通常的试验是通过模型进行分析，必然会因为尺寸的变化和环境的不同等一些条件的影响而导致试验得到的结果与现场实际相比有所不同。组合梁梁作为整个建筑中的重要组成部分，不可能为进行破坏性试验研究而破坏组合梁，也不可能新建相同的建筑物进行破坏性试验的研究。国内最近几年的建筑物的扩建为进行实际极限承载力试验提供难得的机会，从而为今后进行实际试验提供了条件。

第三，国内对曲线钢-混凝土组合梁受力性能的研究更多的是把恒载与人员荷载这些面内荷载作为了研究的重点，而对于风荷载、地震荷载、激振等其他荷载形式作用下的组合梁受力性能所进行的研究并不深入，今后可以针对不同的荷载进行研究。

第四，大跨径弯曲梁钢-混凝土组合梁施工过程中体系有时会进行变化转换，结构的变形、混凝土的收缩、钢筋的徐变等因素均会对其承载力产生影响，内力变化幅度很大，在施工的过程中会出现不利的荷载。为了保证施工过程中的组合梁安全.研究施工中的受力性能是非常必要的。另外，构件的受力性能也会收到不同的施工方法和施工顺序的影响，而这方面的研究还很不足。

第五，曲线梁受力性能分析程序的研制和开发。虽然目前有许多大型有限元分析软件如ANSYS、ADINA、ABAQUS软件，但是均不能有效的解决曲线组合梁中极限承载力计算的问题。所以，要通过大量的研究开发出一套更方便曲线组合梁计算的软件极为重要。

四、总结

通过国内外的试验研究分析表明，影响曲线钢-混凝土组合梁的受力性能主要有如下几个方面：混凝土板厚度、混凝土板材料、钢构件强度、组合形式、曲率半径等因素。