徐变收缩与界面滑移耦合效应下组合梁长期力学性能研究

There are two coupling effects of creep-shrinkage and interface slippage in the long-term operation of steel-concrete composite beams, which affect their long-term mechanical properties. In this research, long-term load tests are conducted on composite beams. Based on testing results, theoretical analyses and numerical simulations are also adopted. The unified mechanical model of composite beam by “coupling points” of the two mechanical effects is presented. A set of governing equations with unknown internal forces are constructed, and the analytic solutions of the internal forces of the composite beams are obtained. Based on systematical mechanics study of concrete plate, steel beam and shear connectors with long-term loads，the mechanical mechanism of the coupling effects of creep-shrinkage and interface slipage and the aging evolution law of interface stiffness are revealed. It is significant to discover long-term internal force distributions and cooperative working conditions of composite beams under coupling of the two mechanical effects. The research results can provide important theoretical reference and technical support for the analysis and design of composite beams.

钢-混凝土组合梁在长期使用过程中存在徐变收缩和界面滑移两种相互耦合的力学效应，对其长期受力性能产生不利影响。本项目拟基于组合梁长期荷载试验，采用理论计算、试验分析和数值模拟相结合的方法，通过两种力学效应的“耦合点”提出组合梁的统一力学模型，建立以内力为未知量的控制方程组，获得多种影响因素下组合梁内力的解析解。通过系统研究长期荷载作用下混凝土板截面、钢梁截面和抗剪连接件的受力特征，揭示徐变收缩和界面滑移两种耦合效应的力学机制以及界面刚度的时效演化规律；掌握两种力学效应耦合作用下组合梁长期内力分布规律和协同工作状况，为组合梁长期变形分析提供判据。研究成果可为组合梁相关工程结构计算分析和设计提供较重要的理论参考和技术支撑。

在长期使用过程中，徐变收缩和界面滑移的耦合作用对组合梁的整体协同工作性能和内力分布规律影响很大，表现出复杂的“耦合性”和“时效性”特点。系统地研究组合梁的长期力学性能，揭示徐变收缩和界面滑移耦合效应的力学机制，获得简便实用的组合梁内力解析和数值计算方法已成为组合梁工程建设中迫切需要解决的重要科学问题。本项目研究了以下内容：1.组合梁徐变收缩效应与界面滑移效应的耦合影响机理分析；2.徐变收缩与界面滑移耦合效应下组合梁的长期力学性能分析；3.组合梁界面刚度随时间变化的规律及影响参数分析。实现了以下目标：1.已找到两种效应的“耦合点”是组合梁界面轴向刚度的有效利用程度，用有效系数来表示，该系数与抗剪连接件的刚度、间距、数量，混凝土和钢梁的材料性质、两者截面形心轴的距离有关，能反映组合梁在弹性剪切连接情况下的轴力大小、滑移大小和界面刚度，进而能体现在任意截面初始轴力与滑移量的关系，进一步计算混凝土、钢梁各自分配截面的轴力、弯矩。2.通过两种效应的“耦合点” 建立统一力学模型，以组合梁内力为未知函数建立控制方程，获得了各种影响因素下组合梁内力的精确解和简单实用的近似解，通过力学试验分析，揭示了组合梁在耦合效应下的长期受力表现，认知这些受力表现的内在规律。3.基于数值模拟和力学机理分析，揭示了组合梁界面刚度的时效演化规律，明确抗剪连接件影响界面刚度的关键性因素，提出减小组合梁长期变形，增强组合性能的措施。研究成果可为组合梁相关工程结构计算分析和设计提供一定的理论参考和技术支撑。