扭矩作用下型钢混凝土构件的破坏机理及强度计算研究

随着高层、大跨和重载结构的日益增多，型钢混凝土结构的应用日益广泛。同时工程结构中的框架边梁、转换层大梁和角柱等构件往往受到扭矩作用。但是，国内外对扭矩作用下型钢混凝土构件的研究尚处在起步阶段，受力机理尚未揭示，我国的两部设计规程也就没有给出设计计算方法，研究滞后于工程应用。因此，亟需对其受扭问题进行深入系统的研究，提出科学合理的设计计算方法，以保证该类结构的安全性和经济性。.本项目拟对型钢混凝土构件在纯扭、弯扭、剪扭和压弯剪扭四种受力状况下的力学性能进行试验研究、理论分析和数值模拟，揭示其受力机理，建立其强度计算理论和计算公式，分析各设计参数对其受扭性能和抗震性能的影响规律，提出能有效提高其受扭性能和抗震性能的构造措施。同时基于结构性态，确定其在压弯剪扭共同作用下的轴压比限值。研究成果可完善型钢混凝土结构的计算理论，指导扭矩作用下型钢混凝土构件的设计计算，具有重要的理论意义和工程应用价值。

从完成的实验、完成的研究内容和取得的成果三个方面对项目简述如下。.（1）完成的实验. 完成的实验有：22个纯扭、13个弯扭、6个剪扭、4个弯剪扭梁式试件的单调加载实验，4个弯剪扭梁式试件的低周反复加载实验，30个压弯剪扭柱式试件的单调加载实验，24个压弯剪扭柱式试件的低周反复加载实验，合计完成103个试件的实验工作。. 对比项目申请时规划77个试件的实验任务，试件数量和实验类型增加，以使项目的研究更加全面和科学。.（2）完成的研究内容. 完成的研究内容有：“实腹式型钢混凝土纯扭试件、角钢骨架型钢混凝土纯扭试件、倒L形实腹式型钢混凝土纯扭试件、实腹式型钢混凝土弯扭试件、角钢骨架型钢混凝土弯扭试件、角钢骨架型钢混凝土剪扭试件、十字型钢混凝土柱式试件受扭性能与抗震性能、H型钢混凝土柱式试件受扭性能与抗震性能、角钢骨架型钢混凝土柱式试件受扭性能”的实验与研究，以及型钢混凝土复合受扭构件数值模拟方法的研究。. 对比项目申请时规划的研究内容，增加了扭弯比、纵筋配筋率、剪跨比对受扭性能和抗震性能影响规律的分析。取消了提高抗震性能构造措施的研究，取消了柱式构件轴压比限值的研究，这是因为受实验设备加载能力的限制。.（3）取得的成果. 取得的成果有：获得了纯扭、剪扭、弯扭、弯剪扭、压弯剪扭型钢混凝土构件受力全过程的受扭性能和破坏机理；获取了它们的开裂扭矩、屈服扭矩、极限扭矩及其对应的曲率等关键数据。获得了弯剪扭、压弯剪扭型钢混凝土构件的抗震性能指标。揭示了轴压比、扭弯比、混凝土强度、配钢率、配箍率、纵筋配筋率、剪跨比等设计参数对型钢混凝土构件受扭性能和抗震性能的影响规律。建立了纯扭、剪扭、弯扭、弯剪扭、压弯剪扭型钢混凝土构件的强度计算公式。. 对比项目申请时规划的论文，目前发表的论文没有达到申请书的要求，这主要是由于项目实施过程中受“实验加载装置的研发、实验量增加、实验室排队和重要核心期刊文章发表周期”四个因素的影响。根据项目完成的实验与研究情况，课题组完全能按照国家自然基金委的要求，在课题结题后的2~3年发表其余论文，并达到申请书的要求。. 新增的成果有：课题组研发的压弯剪扭实验装置已获国家实用新型专利，与该实验装置配套的实验方法已申请国家发明专利。. 总体上，项目的完成情况及取得成果已达到申请书的要求。