劉勁，丁發(fā)興，蔣麗忠，付磊，黃琰

負(fù)彎矩荷載下鋼-混凝土組合梁抗彎剛度研究

劉勁1, 2，丁發(fā)興2，蔣麗忠2，付磊2，黃琰1

(1. 湖南城市學(xué)院 土木工程學(xué)院，湖南 益陽(yáng) 413000；2. 中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410075)

針對(duì)負(fù)彎矩作用下鋼-混凝土組合簡(jiǎn)支梁的抗彎剛度，考慮剪力連接度與縱橫向配筋率等參數(shù)的影響，進(jìn)行13根負(fù)彎矩作用下鋼-混凝土簡(jiǎn)支組合的抗彎剛度試驗(yàn)研究，并運(yùn)用ABAQUS有限元軟件對(duì)負(fù)彎矩作用下鋼?混凝土組合梁的力學(xué)性能進(jìn)行模擬，其中栓釘分別采用梁?jiǎn)卧蛷椈蓡卧?種建模方法。在試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，通過(guò)足尺算例探討剪力連接度、栓釘布置、栓釘直徑、加載位置、縱筋率及跨度等參數(shù)對(duì)鋼?混凝土組合梁負(fù)向抗彎剛度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：剪力連接度對(duì)剛度影響最大，縱筋率的影響其次，其余參數(shù)影響不大。結(jié)合試驗(yàn)研究與理論分析，建議鋼?混凝土組合梁負(fù)向抗彎剛度仍按規(guī)范《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)提供的表達(dá)式，提出考慮混凝土翼板0.6c有效厚度并計(jì)入鋼梁與鋼筋等抗彎剛度貢獻(xiàn)的負(fù)彎矩折減剛度法，該方法與現(xiàn)有的鋼-混凝土組合梁負(fù)向抗彎剛度計(jì)算公式相比精度較高。

鋼?混凝土組合梁；抗彎剛度；有限元；剪力連接度

鋼?混凝土組合梁具有承載力高、剛度大、截面尺寸小和施工快速便捷等特點(diǎn)，在建筑與橋梁結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用[1]，工程中常用的鋼?混凝土組合梁主要有簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁和剛構(gòu)梁，當(dāng)前學(xué)者們對(duì)組合梁正彎矩區(qū)受力性能的研究涉及較多，如聶建國(guó)等[2]推導(dǎo)了各荷載作用下鋼?混凝土組合梁因滑移效應(yīng)引起的附加撓度計(jì)算公式，提出了鋼?混凝土組合梁的折減剛度法，并為中國(guó)規(guī)范《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017—2017)[3]采納，其他學(xué)者如蔣麗忠等[4?7]也對(duì)組合梁正彎矩區(qū)的剛度與承載力進(jìn)行研究。工程中鋼?混凝土組合連續(xù)梁與剛構(gòu)梁的負(fù)彎矩區(qū)同樣存在剛度、裂縫和承載力計(jì)算等問(wèn)題，當(dāng)前各學(xué)者對(duì)負(fù)彎矩區(qū)鋼?混凝土組合梁的力學(xué)性能研究相對(duì)較少[8?14]，研究重點(diǎn)主要體現(xiàn)在承載力和裂縫寬度等指標(biāo)，對(duì)抗彎剛度計(jì)算方法的研究較少，而各國(guó)規(guī)范[3, 15?16]建議采用換算截面法來(lái)計(jì)算鋼?混凝土組合梁負(fù)向剛度，即僅考慮鋼筋和鋼梁形成的組合截面而不考慮受拉區(qū)混凝土的作用，聶建國(guó)等[17]建議不考慮受拉區(qū)混凝土板對(duì)負(fù)向剛度的貢獻(xiàn)，提出考慮鋼梁與混凝土板之間滑移以及混凝土與鋼筋之間黏結(jié)滑移的鋼?混凝土組合梁負(fù)向剛度計(jì)算公式。然而部分現(xiàn)有試驗(yàn)結(jié)果[11]表明組合梁負(fù)彎矩區(qū)剛度將大于只考慮鋼筋和鋼梁形成的組合截面，因此正常使用極限狀態(tài)下應(yīng)考慮受拉區(qū)混凝土對(duì)鋼?混凝土組合梁負(fù)向剛度的貢獻(xiàn)。為完善鋼?混凝土組合梁負(fù)向抗彎剛度的計(jì)算方法，本文在課題組已有研究基礎(chǔ)上[18?19]，進(jìn)行的工作如下：1) 進(jìn)行13根負(fù)彎矩作用下鋼?混凝土組合簡(jiǎn)支梁的抗彎剛度試驗(yàn)研究，探討剪力連接程度、橫向配筋率等參數(shù)對(duì)剛度的影響；2) 采用合理的材料本構(gòu)關(guān)系，運(yùn)用ABAQUS軟件建立有限元精細(xì)化計(jì)算模型，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證的基礎(chǔ)上通過(guò)參數(shù)分析探討剪力連接度、縱筋率、栓釘布置、栓釘直徑、加載位置以及跨度等參數(shù)對(duì)鋼?混凝土組合梁負(fù)向剛度的影響規(guī)律；3) 將試驗(yàn)結(jié)果、有限元計(jì)算結(jié)果、現(xiàn)行規(guī)范《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)以及其他學(xué)者提出的負(fù)向剛度計(jì)算公式進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證與分析，提出考慮栓釘滑移和混凝土板開(kāi)裂影響的負(fù)彎矩荷載下鋼?混凝土組合梁折減剛度法。

1 試驗(yàn)研究及有限元分析

1.1 試驗(yàn)制度與加載

課題組共設(shè)計(jì)了13組鋼?混凝土組合梁試件，試件的截面及配筋如圖1所示，組合梁試驗(yàn)加載裝置如圖2所示，試件信息見(jiàn)表1。表1中為組合梁計(jì)算跨徑，c為混凝土板寬，c為混凝土板厚，s為鋼梁高度，為栓釘連接件直徑，s為栓釘屈服強(qiáng)度，t為混凝土板橫向配筋率，l為混凝土板縱向配筋率，y為鋼梁屈服強(qiáng)度，cu為混凝土抗壓強(qiáng)度。

單位：mm

單位：mm

表1 組合梁試驗(yàn)參數(shù)

試件SCB8~9采用單調(diào)加載，其余11個(gè)試件采用豎向低周往復(fù)加載。試件的抗彎剛度值根據(jù)荷載?撓度關(guān)系曲線確定，取值為曲線上升段在0.4倍極限荷載對(duì)應(yīng)的割線剛度。SCB1和SCB2試件沿梁長(zhǎng)布置4個(gè)滑移千分表測(cè)量鋼梁與混凝土板之間的滑移，布置5個(gè)百分表測(cè)量組合梁豎向撓度值。

1.2 有限元模型與驗(yàn)證

采用ABAQUS建模，混凝土采用三維實(shí)體單元(C3D8R)，鋼梁采用殼單元(S4R)，鋼筋采用桁架單元(T3D2)。材料本構(gòu)關(guān)系及參數(shù)取值見(jiàn)文獻(xiàn)[18?19]。栓釘模擬采用2種方法，一是梁?jiǎn)卧?B32)模擬，栓釘與混凝土板為嵌入內(nèi)置(embedded region)約束形式；二是彈簧(spring)模擬。采用彈簧來(lái)模擬栓釘時(shí)，彈簧的剛度由栓釘連接件推出試驗(yàn)和有限元模擬確定，非線性黏結(jié)?滑移關(guān)系曲線見(jiàn)文獻(xiàn)[18]，鋼?混凝土組合梁各部件單元類型如圖3所示，網(wǎng)格劃分、界面接觸、加載控制方式和支承處理方式見(jiàn)文獻(xiàn)[19]。

(a) 栓釘彈簧單元與混凝土板實(shí)體單元；(b) 栓釘梁?jiǎn)卧c鋼梁殼單元

負(fù)彎矩荷載下鋼?混凝土組合梁的抗彎剛度的有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較見(jiàn)表1，()Test為實(shí)測(cè)值，()11為彈簧單元法計(jì)算值，()12為梁?jiǎn)卧ㄓ?jì)算值，13組試件實(shí)測(cè)值與彈簧單元計(jì)算值均值為1.003，離散系數(shù)為0.083；實(shí)測(cè)值與梁?jiǎn)卧?jì)算值均值為0.953，離散系數(shù)為0.085。典型試件SCB8的撓度、滑移以及應(yīng)變計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較如圖4所示，可見(jiàn)：1) 荷載?撓度曲線加載彈性階段曲線吻合良好，在彈塑性階段及破壞階段，理論曲線與實(shí)測(cè)曲線相比誤差相對(duì)略大，可見(jiàn)本文建模方法對(duì)試驗(yàn)承載力及剛度模擬較好；2) 從試件荷載?梁端滑移曲線計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較可知，可知梁?jiǎn)卧ㄓ?jì)算的梁端滑移均小于彈簧單元法的計(jì)算結(jié)果，與相應(yīng)的荷載?撓度曲線所得出的抗彎剛度規(guī)律一致；3) 試件跨中處縱向鋼筋及鋼梁底板應(yīng)變測(cè)試(以拉為正，壓為負(fù))結(jié)果表明，2種建模方法計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。

(a) 荷載?撓度曲線；(b) 荷載?端部滑移曲線；(c) 荷載?應(yīng)變曲線

1.3 負(fù)向抗彎剛度影響因素分析

負(fù)彎矩荷載作用下鋼?混凝土組合梁抗彎剛度與換算抗彎剛度的關(guān)系如下：

(s)0(1)

式中：為鋼?混凝土組合梁抗彎剛度；為抗彎剛度系數(shù)；(s)0為截面換算抗彎剛度；s為鋼材彈性模量；為截面換算慣性矩，即不考慮混凝土翼板的抗彎剛度，僅計(jì)算鋼梁與混凝土板中鋼筋的抗彎剛度所得整個(gè)截面的慣性矩[3]。

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)[3]對(duì)鋼?混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)剪力連接度的計(jì)算方法如下：剪跨區(qū)內(nèi)剪力s=ll，l為混凝土翼板內(nèi)縱向鋼筋的橫截面面積，剪力連接度表達(dá)式為：

f(2)

式中：為組合梁栓釘實(shí)際數(shù)目；f為組合梁完全剪力連接時(shí)栓釘數(shù)量，f=su，u為單個(gè)栓釘?shù)目辜舫休d力，表達(dá)式如下：

式中：sd為栓釘釘桿截面面積；u為栓釘抗拉極限強(qiáng)度；c為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度；c為混凝土彈性模量。剪跨區(qū)內(nèi)剪力s取ss和cc的較小值，s為工字鋼橫截面面積；c為混凝土板受壓區(qū)面積；位于負(fù)彎矩區(qū)段的抗剪連接件，其抗剪承載力乘以折減系數(shù)0.9。

1.3.1 剪力連接程度的影響

由SCB3~SCB7試件剛度測(cè)試結(jié)果對(duì)比可知，剪力連接度越大，剛度越大，剛度系數(shù)與剪力連接度之間的關(guān)系如圖5所示。

圖5 實(shí)測(cè)θ-η關(guān)系

1.3.2 配筋率的影響

圖6所示為剛度系數(shù)隨配筋率的變化規(guī)律，可見(jiàn)：SCB10~SCB13試件橫向配筋率處于0.20%~ 1.18%之間，結(jié)果表明橫向配筋率對(duì)各試件抗彎剛度影響較小，剛度系數(shù)處于0.83~1.15之間。

圖6 實(shí)測(cè)θ-ρ關(guān)系

2 負(fù)向抗彎剛度計(jì)算結(jié)果比較與分析

2.1 規(guī)范方法

對(duì)于組合梁負(fù)向抗彎剛度()的計(jì)算，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)[3]、BS5950-3.1[15]和AISC-LRFD[16]規(guī)定，不計(jì)入受拉區(qū)混凝土板對(duì)剛度的貢獻(xiàn)，但宜計(jì)入翼板有效寬度范圍內(nèi)縱向鋼筋的作用，即在負(fù)彎矩區(qū)的抗彎剛度()等于考慮鋼梁與混凝土板中鋼筋的抗彎剛度，其表達(dá)式如下：

(s)0(4)

2.2 聶建國(guó)計(jì)算方法

聶建國(guó)等[17]考慮組合梁鋼梁與混凝土之間的滑移、混凝土與鋼筋之間黏結(jié)滑移效應(yīng)的影響，而不考慮混凝土板對(duì)剛度的貢獻(xiàn)，提出負(fù)彎矩區(qū)鋼?混凝土組合梁折減剛度表達(dá)式如下：

式中：1為跨中集中荷載作用下附加撓度。

(6)

2為2點(diǎn)集中荷載作用下附加撓度。

,,,
,,,

為換算剛度下產(chǎn)生的撓度；為2點(diǎn)集中加載點(diǎn)間距的一半；為附加撓度；s為同一個(gè)截面的栓釘個(gè)數(shù)；r為縱向受力鋼筋的直徑；r為鋼筋的數(shù)目；c為混凝土的抗壓強(qiáng)度；為抗剪連接件縱向間距；s和r為鋼梁截面形心和鋼筋形心到到鋼梁和混凝土翼板交界面的距離。

表2 鋼?混凝土組合梁負(fù)向剛度計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較

2.3 各方法計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較

筆者收集了25組鋼?混凝土組合梁負(fù)向抗彎剛度實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)有限元法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，試件實(shí)測(cè)剛度與有限元法計(jì)算剛度的比較如表2所示，表2中()為抗彎剛度實(shí)測(cè)值，()11為彈簧單元法所得抗彎剛度計(jì)算值，()12為梁?jiǎn)卧ㄋ每箯潉偠扔?jì)算值，()2表示式(4)計(jì)算值，()3表示式(5)計(jì)算值。由表2可見(jiàn)：1) 試驗(yàn)值與彈簧單元模擬有限元值之比均值為1.022，離散系數(shù)為0.073，試驗(yàn)值與梁?jiǎn)卧M有限元值之比均值為0.964，離散系數(shù)為0.079，可見(jiàn)2種單元法的有限元計(jì)算值都與實(shí)測(cè)值比較接近；2) 試驗(yàn)值與式(4)計(jì)算值比值均值為0.970，離散系數(shù)為0.180，而試驗(yàn)值與式(5)計(jì)算值比值均值分別為1.122，離散系數(shù)為0.160，式(4)與式(5)與試驗(yàn)值差別相對(duì)較大。

3 考慮滑移和開(kāi)裂影響的負(fù)向抗彎折減剛度計(jì)算公式

3.1 剪力連接度對(duì)組合梁足尺模型算例抗彎剛度的影響

現(xiàn)有研究[1]表明剪力連接度對(duì)鋼?混凝土組合梁剛度有著重要影響。本節(jié)以12 m跨度的鋼?混凝土組合簡(jiǎn)支梁為計(jì)算對(duì)象，跨中加載，鋼梁尺寸、混凝土翼板尺寸取值參考文獻(xiàn)[3]，算例截面尺寸如圖7所示。栓釘單排布置，直徑19 mm，屈服強(qiáng)度為350 MPa，極限強(qiáng)度為455 MPa，縱筋率為2.56%，縱筋屈服強(qiáng)度為350 MPa。鋼?混凝土組合梁模型有6種材料組合，分別為Q235匹配C30，Q235匹配C40，Q345匹配C40，Q345匹配C50，Q420匹配C50，Q420匹配C60，共計(jì)50組算例。50組12 m跨的鋼?混凝土組合簡(jiǎn)支梁算例中剪力連接度對(duì)抗彎剛度系數(shù)的影響如圖8所示，可知剪力連接度對(duì)鋼?混凝土組合梁抗彎剛度系數(shù)影響較大，連接度越大，抗彎剛度系數(shù)越大，但當(dāng)連接度超過(guò)2后抗彎剛度系數(shù)增長(zhǎng)不明顯。

單位：mm

有限元分析結(jié)果表明，當(dāng)剪力連接度大于0.5之后，組合梁負(fù)向剛度系數(shù)大于1，由于規(guī)范[3]及聶建國(guó)等[17]計(jì)算方法均未考慮鋼?混凝土組合梁中未開(kāi)裂混凝土板對(duì)其抗彎剛度的貢獻(xiàn)使得負(fù)向剛度系數(shù)均小于1，同時(shí)根據(jù)本文1.3節(jié)，SCB10~13試件的分析結(jié)果，鋼?混凝土組合梁的剛度系數(shù)實(shí)測(cè)值也有大于1的現(xiàn)象。然而在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010—2010[20]考慮了受拉區(qū)混凝土開(kāi)裂的影響，取鋼筋混凝土構(gòu)件的短期剛度為s=0.85，事實(shí)上鋼?混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)僅有部分混凝土開(kāi)裂而都不考慮鋼?混凝土組合梁中受拉區(qū)混凝土板的作用，尤如不考慮鋼筋混凝土梁中受拉區(qū)混凝土對(duì)剛度的貢獻(xiàn)，將使得計(jì)算剛度偏低，因此需要部分考慮鋼?混凝土組合梁中混凝土板的抗彎剛度作用。

圖8 θ-η關(guān)系

此外，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)[3]建議鋼?混凝土組合梁正彎矩區(qū)抗彎剛度計(jì)算公式采用考慮栓釘變形引起鋼梁與混凝土板滑移影響的折減剛度法，而針對(duì)負(fù)彎矩區(qū)鋼?混凝土組合梁的抗彎剛度，筆者建議參考《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010?2010[20]的條文，有如下考慮：1)混凝土板部分開(kāi)裂后仍有0.6c(c為混凝土板厚度)范圍內(nèi)混凝土板(靠近鋼梁側(cè))參與抗彎工作；2) 考慮縱向鋼筋和鋼梁對(duì)抗彎剛度的貢獻(xiàn)。其表達(dá)式仍按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)[3]：

式中：

，，，
，，

為剛度折減系數(shù)；cf和分別為混凝土翼板和鋼梁的截面慣性矩；c為鋼梁截面形心到混凝土翼板截面形心的距離；為鋼?混凝土組合梁截面高度；和為抗剪連接件剛度系數(shù)及縱向間距；s為抗剪連接件在一根梁上的列數(shù)；E為鋼材和混凝土彈性模量的比值。

仍表示為抗彎剛度系數(shù)，即鋼?混凝土組合梁負(fù)向抗彎剛度與換算抗彎剛度的比值，此時(shí)換算抗彎剛度考慮混凝土板開(kāi)裂、縱向鋼筋和鋼梁參與抗彎工作。負(fù)彎矩荷載作用下50組12 m跨的鋼?混凝土組合簡(jiǎn)支梁算例中剪力連接度對(duì)抗彎剛度系數(shù)的影響如圖9所示，公式(4)，(5)和(8)均采用Q345匹配C40材料，可見(jiàn)在剪力連接度>0.5時(shí)折減剛度法仍可很好的反映剪力連接度對(duì)抗彎剛度系數(shù)的影響規(guī)律，而<0.5時(shí)的反?，F(xiàn)象是由于=(0.4-3/()2)中，跨度和連接度變小時(shí)，剛度折減系數(shù)隨之變小導(dǎo)致1/(1+)隨之變大所致，因此筆者建議的考慮混凝土翼板0.6c有效厚度并計(jì)入鋼梁與鋼筋等抗彎剛度的組合梁負(fù)向折減剛度法具有物理意義與工程應(yīng)用價(jià)值。

3.2 其他影響因素的探討

以混凝土為C30、鋼梁為Q235的12 m跨鋼?混凝土組合簡(jiǎn)支梁為標(biāo)準(zhǔn)模型算例，栓釘直徑19mm，栓釘屈服強(qiáng)度為350 MPa，極限強(qiáng)度為455 MPa，栓釘單排布置，分別考慮以下參數(shù)變化對(duì)負(fù)向抗彎剛度系數(shù)的影響：1) 栓釘雙排布置；2) 栓釘直徑，分別為13，16和22 mm；3) 加載位置，分別進(jìn)行5/12，4/12和3/12跨集中加載；4) 計(jì)算跨度，分別為4，8，16和20 m；5) 縱筋率，分別為0.38%，1.28%和5.15%；表3所示為鋼?混凝土組合梁參數(shù)。參數(shù)分析結(jié)果表明栓釘布置方式、栓釘直徑、加載位置及方式、計(jì)算跨度對(duì)鋼?混凝土組合梁負(fù)向抗彎剛度系數(shù)的影響不大，縱筋率對(duì)負(fù)向抗彎剛度系數(shù)影響較大，同等連接程度下，縱筋率越大，組合梁負(fù)向抗彎剛度系數(shù)略大，縱筋縱筋率對(duì)-關(guān)系的影響如圖10所示。

圖9 θ-η關(guān)系

(a) ρt=0.38%；(b) ρt=1.28%；(c) ρt =5.15%

對(duì)于上述170組鋼?混凝土組合梁模型算例，負(fù)向抗彎剛度有限元結(jié)果與式(4)，(5)和(8)的比較如表4所示，()4表示式(8)計(jì)算值，可見(jiàn)：1) 有限元計(jì)算結(jié)果與式(4)結(jié)果之比均值為1.193，離散系數(shù)為0.160，有限元計(jì)算結(jié)果與式(5)結(jié)果之比均值為1.239，離散系數(shù)為0.142；2) 有限元計(jì)算結(jié)果與式(8)結(jié)果之比均值為0.995，離散系數(shù)為0.092，而表2中有限元計(jì)算結(jié)果與式(8)結(jié)果之比均值為0.973，離散系數(shù)為0.138，可知式(8)計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果及實(shí)測(cè)結(jié)果都吻合較好。

表3 鋼?混凝土組合梁參數(shù)

表4 式(4)，(5)和(8)計(jì)算結(jié)果與有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

1) 完成了13根負(fù)彎矩作用下工字形鋼?混凝土組合簡(jiǎn)支梁的抗彎剛度試驗(yàn)研究，探討剪力連接度與橫向配筋率等參數(shù)的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明剪力連接程度對(duì)鋼?混凝土組合梁負(fù)向抗彎剛度影響較大。

2) 運(yùn)用ABAQUS有限元軟件建立鋼?混凝土組合簡(jiǎn)支梁有限元模型，栓釘分別采用梁?jiǎn)卧蛷椈蓡卧?種建模方法，2種方法分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，有限元分析結(jié)果表明剪力連接度是影響抗彎剛度系數(shù)的主要因素。

3) 根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果、公式計(jì)算結(jié)果、聶建國(guó)公式計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較，在規(guī)范《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)建議的已有鋼?混凝土組合梁正向剛度計(jì)算公式基礎(chǔ)上，考慮受拉區(qū)混凝土開(kāi)裂而對(duì)公式中混凝土板厚度進(jìn)行折減，建議了考慮混凝土板開(kāi)裂折減效應(yīng)、栓釘滑移效應(yīng)以及縱向鋼筋對(duì)抗彎剛度貢獻(xiàn)的組合梁負(fù)向折減剛度法，該方法具有更為廣泛的適用性。

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Flexural stiffness of steel-concrete composite beam under negative moment

LIU Jing1, 2, DING Faxing2, JIANG Lizhong2, FU Lei2, HUANG Yan1

(1. School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang 413000, China; 2. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)

This paper investigated the flexural stiffness of steel-concrete composite I-beam under negative bending moment through combined experimental and finite element (FE) modeling.13 composite beams were included into the experiments and parameters including shear connection degree, transverse and longitudinal reinforcement ratio were also considered and investigated. ABAQUS was employed to establish FE models to simulate the behavior of composite beams. The influences of a few key parameters, such as the shear connection degree, stud arrangement, stud diameter, loading position, longitudinal reinforcement ratio and beam length on flexural stiffness were discussed. The results show that degree of shear connection affect flexural stiffness most, reinforcement ratio has some influence, remaining arguments have little effect. In addition, Chinese code, the formula by other scholar were used to estimate the flexural stiffness and also compared with the simulation results. The results indicate that the modified formula proposed in this article may provide a better estimation in comparison to other methods.

steel-concrete composite beam; flexural stiffness; finite element; degree of shear connection

TU398

A

1672 ? 7029(2019)09? 2281 ? 09

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2019.09.020

2018?10?28

國(guó)家重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFC0703404)；湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2018JJ3021，2019JJ20029)；中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2018M 632990)；湖南省教育廳科學(xué)研究?jī)?yōu)秀青年項(xiàng)目(18B438)

丁發(fā)興(1979?)，男，浙江瑞安人，教授，博士，從事鋼?混凝土組合結(jié)構(gòu)研究；E?mail：dinfaxin@csu.edu.cn

(編輯 涂鵬)