外包型钢混凝土梁性能研究
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摘要
型钢混凝土结构是在混凝土中配置型钢，这些型钢可以是轧制的也可以是焊接的。型钢可以根据构件截面的大小、受力特点，灵活地选用。由于截面中配置有型钢，构件的承载能力、刚度大大提高，构件的断面尺寸大大减少，房间的使用面积明显增加，房间中的设备、家具也能更好布置。梁截面高度减小，房间的净空增加，房屋的层高与总高也有所降低。由于型钢混凝土结构强度、刚度的明显提高，可以应用于大跨、重荷、高层及超高层建筑中。
由于组合结构的一系列优点，所以其得到广泛应用。传统的型钢混凝土梁是将型钢放在混凝土里面，本文研究一种全新截面形式的型钢混凝土梁，是将型钢外包混凝土。
本文通过三根外包型钢混凝土梁试验，研究了其正截面承载能力、刚度以及裂缝方面的性质，并提出了一些相关建议公式。同时在现有混凝土非线性分析理论的基础上，采用ANSYS有限元分析程序建立了外包型钢混凝土梁的有限元模型，结合试验数据对模型进行了验证，另外还改变了一些参数建立了有限元模型，并和建议公式的结果进行了对比。
The characteristic of Profiled Bat-Concrete structure is to set profiled bar in concrete. The profiled bar could be rolled or welded. The type of bar can be selected according to cross section area, performance of the member. The bar can enhance the bearing capacity and stiffness of the member, so that the cross section area of member can be significantly reduced, and function area of the building can be increased. The height of the room is increased .The height of the beam is decreased so that the net height of the room is increased, or the storey height and the total height of the building can be reduced .Because of highly improved strength and stiffness, Profiled Bat-Concrete structure can be applied to wide-span structure, heavily load structure and high rise building.
Composite structure is widely applied due to its merits. Traditional Profiled Bat-Concrete structure is to set profiled bar in concrete ,while the paper proposed a new type of profiled bar concrete beam ,in which profiled bar envelopes concrete.
The paper studied tests on three epiboly profiled bar concrete beams, bearing capacity of normal section, stiffness and behavior of cracks, and put forward formulas as advise .Based on extant nonlinear concrete theory, a FEM model was built by ANSYS program .The results of FEM analysis was verified by tests data .some parameters in FEM model were changed to build different models and the analysis results were compared with the advised formulas.
由于组合结构的一系列优点，所以其得到广泛应用。传统的型钢混凝土梁是将型钢放在混凝土里面，本文研究一种全新截面形式的型钢混凝土梁，是将型钢外包混凝土。
本文通过三根外包型钢混凝土梁试验，研究了其正截面承载能力、刚度以及裂缝方面的性质，并提出了一些相关建议公式。同时在现有混凝土非线性分析理论的基础上，采用ANSYS有限元分析程序建立了外包型钢混凝土梁的有限元模型，结合试验数据对模型进行了验证，另外还改变了一些参数建立了有限元模型，并和建议公式的结果进行了对比。
The characteristic of Profiled Bat-Concrete structure is to set profiled bar in concrete. The profiled bar could be rolled or welded. The type of bar can be selected according to cross section area, performance of the member. The bar can enhance the bearing capacity and stiffness of the member, so that the cross section area of member can be significantly reduced, and function area of the building can be increased. The height of the room is increased .The height of the beam is decreased so that the net height of the room is increased, or the storey height and the total height of the building can be reduced .Because of highly improved strength and stiffness, Profiled Bat-Concrete structure can be applied to wide-span structure, heavily load structure and high rise building.
Composite structure is widely applied due to its merits. Traditional Profiled Bat-Concrete structure is to set profiled bar in concrete ,while the paper proposed a new type of profiled bar concrete beam ,in which profiled bar envelopes concrete.
The paper studied tests on three epiboly profiled bar concrete beams, bearing capacity of normal section, stiffness and behavior of cracks, and put forward formulas as advise .Based on extant nonlinear concrete theory, a FEM model was built by ANSYS program .The results of FEM analysis was verified by tests data .some parameters in FEM model were changed to build different models and the analysis results were compared with the advised formulas.
引文
1 赵鸿铁《钢与混凝土组合结构》科学出版社2001
2 西安冶金建筑学院组合结构研究室《钢-混凝土组合结构论文集》
3 《建筑抗震试验方法规程》(JGJ101-96)
4 蓝宗健、丁大均《钢筋混凝土受弯构件裂缝开展宽度的计算》南京工学院建筑结构研究室 1983．6
5 《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-92)
6 《混凝土强度检验评定标准》(GBJ107-87)
7 姚谦峰、陈平《土木工程结构试验》中国建筑工业出版社，2001
8 蔡绍怀《钢管混凝土结构》中国建筑科学研究院1992
9 刘西林《型钢钢筋混凝土受弯构件刚度、强度、裂缝的实验研究》西安冶金建筑学院硕士论文 1991．5
10 矩形截面型钢混凝土梁的抗弯承载能力计算方法探讨 王庆利 康清梁，曹平周 河海大学学报 2002年5月
11 箱形型钢混凝土梁的实验研究 蔡键 郑宇等 华南理工大学学报2002年7月
12 型钢混凝土结构在国内外应用和研究的进展 华北大学学报 1995年7月
13 钢—混凝土组合结构梁柱节点承载力实验研究 张莉若，王明贵 建筑科学2003年10月
14 型钢混凝土梁的性能及工程应用实例 梅冰辉，邵复顺，乔力 世界地震工程1999年3月
15 混凝土结构设计规范(GB50010-2002)
16 陈绍蕃《钢结构设计原理》科学出版社2001
17 薛建阳《型钢混凝土梁在施工和使用阶段的受力性能研究》西安冶金建筑学院硕士论文 1994．5
18 丁大均等、钢筋混凝土构件刚度和裂缝的实验研究和计算建议，土木工程学报，1985，18(4)：1-13
19 元辉《型钢钢筋混凝土构件受力性能分析》，西安冶金建筑学院硕士论文 1990．5
20 赵国藩《钢筋混凝土结构的裂缝控制》)海洋出版社 1991·2
21 R·P·Johnson《Composit Structures of Steel ang Concrete》1975
22 R·Park and T·Paulay《Reinforced Concrete Stmcture》1974．8
23 周起敬 姜维山等：钢与混凝土组合结构设计施工手册 中国建筑工业出版社 1991
24 薛建阳等：混凝土内含角钢骨架梁的延性及计算方法 建筑结构2000．12
25 于庆荣，姚崇德。马继忠，钢筋混凝土构件裂缝和刚度统一计算模式的研究，工业建筑，1990，3
26 钢筋混凝土构件裂缝和刚度统一计算模式的研究刚度和裂缝计算模式专题组
27 丁大均，蓝宗建执笔，钢筋混凝土偏心受拉构件的刚度(GBJ-69-84)，建筑技术通讯(建筑结构)，1982(3)：13-16
28 丁大均 试论钢筋混凝土构件裂缝力学机理 土木工程学报，1983，16(1)：41-48
29 陈惠发等：土木工程材料的本构方程 华中科技大学出版社 2001
30 过镇海：钢筋混凝土原理 清华大学出版社 2000
31 沈聚敏等：钢筋混凝土有限元与板壳极限分析 1993
32 吕西林等：钢筋混凝土结构非线形有限元理论与应用 同济大学出版社 1997
33 朱伯龙 董振祥：钢筋混凝土非线形分析 同济大学出版社 1985
34 康清梁：钢筋混凝土有限元分析 中国水利水电出版社 1996
35 冯仲齐等：周期荷载作用下钢筋混凝土双肢剪力墙弹塑性分析的有限元方法 建筑结构 1999．2
36 叶英华：钢筋混凝土结构非线形理论综述 哈尔滨建筑工程学院学报 1995．2
37 张仲先等：型钢混凝土粘结性能试验研究 特种结构 2001．6
38 A finite element assessment of flexural strength of prestressed concrete beams with fiber reinforcement cement & concrete composites(2002)
39 Lin.T Y: Structural Concepts and Systems for Architects and Engineers Van Nostrand Reinhold 1998
40 朱伯芳：有限单元法原理与应用 中国水力水电出版社 1998
41 Antonio F.Barboars: Analysis of Reinforced Concrete Structures Using ANSYS Nonlinear Concrete Model Computational Mechanics 1998
42 王国强：实用工程数值计算模拟技术及其在ANSYS上的实践．西北大学出版社．1999．
43 Frosch. R.J. Shear transfer between concrete elements using steel pipe connection. ACI structure journal. 1999(6)
44 陆新征 江见鲸 用ANSYS Solid 65单元分析混凝土组合构件复杂应力 建筑结构 2003 6：22-24
45 包世华等：高层建筑结构设计 清华大学出版社
46 康习军，余志武，张询安 钢-混凝土组合梁负弯矩裂缝非线性有限元模拟分析 长沙铁道学院学报 2000 3，3：28-33
47 吴振声，陈洪水，高向东，等，钢-混凝土组合梁负弯矩区混凝土板裂缝实验研究[J]、哈尔滨建筑工程学报，1993，26(1)：58-61
48 宋玉普，钢筋混凝土构件非线性有限元分析[J]，大连工业学院学报，1984，23(4)：95-103
2 西安冶金建筑学院组合结构研究室《钢-混凝土组合结构论文集》
3 《建筑抗震试验方法规程》(JGJ101-96)
4 蓝宗健、丁大均《钢筋混凝土受弯构件裂缝开展宽度的计算》南京工学院建筑结构研究室 1983．6
5 《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-92)
6 《混凝土强度检验评定标准》(GBJ107-87)
7 姚谦峰、陈平《土木工程结构试验》中国建筑工业出版社，2001
8 蔡绍怀《钢管混凝土结构》中国建筑科学研究院1992
9 刘西林《型钢钢筋混凝土受弯构件刚度、强度、裂缝的实验研究》西安冶金建筑学院硕士论文 1991．5
10 矩形截面型钢混凝土梁的抗弯承载能力计算方法探讨 王庆利 康清梁，曹平周 河海大学学报 2002年5月
11 箱形型钢混凝土梁的实验研究 蔡键 郑宇等 华南理工大学学报2002年7月
12 型钢混凝土结构在国内外应用和研究的进展 华北大学学报 1995年7月
13 钢—混凝土组合结构梁柱节点承载力实验研究 张莉若，王明贵 建筑科学2003年10月
14 型钢混凝土梁的性能及工程应用实例 梅冰辉，邵复顺，乔力 世界地震工程1999年3月
15 混凝土结构设计规范(GB50010-2002)
16 陈绍蕃《钢结构设计原理》科学出版社2001
17 薛建阳《型钢混凝土梁在施工和使用阶段的受力性能研究》西安冶金建筑学院硕士论文 1994．5
18 丁大均等、钢筋混凝土构件刚度和裂缝的实验研究和计算建议，土木工程学报，1985，18(4)：1-13
19 元辉《型钢钢筋混凝土构件受力性能分析》，西安冶金建筑学院硕士论文 1990．5
20 赵国藩《钢筋混凝土结构的裂缝控制》)海洋出版社 1991·2
21 R·P·Johnson《Composit Structures of Steel ang Concrete》1975
22 R·Park and T·Paulay《Reinforced Concrete Stmcture》1974．8
23 周起敬 姜维山等：钢与混凝土组合结构设计施工手册 中国建筑工业出版社 1991
24 薛建阳等：混凝土内含角钢骨架梁的延性及计算方法 建筑结构2000．12
25 于庆荣，姚崇德。马继忠，钢筋混凝土构件裂缝和刚度统一计算模式的研究，工业建筑，1990，3
26 钢筋混凝土构件裂缝和刚度统一计算模式的研究刚度和裂缝计算模式专题组
27 丁大均，蓝宗建执笔，钢筋混凝土偏心受拉构件的刚度(GBJ-69-84)，建筑技术通讯(建筑结构)，1982(3)：13-16
28 丁大均 试论钢筋混凝土构件裂缝力学机理 土木工程学报，1983，16(1)：41-48
29 陈惠发等：土木工程材料的本构方程 华中科技大学出版社 2001
30 过镇海：钢筋混凝土原理 清华大学出版社 2000
31 沈聚敏等：钢筋混凝土有限元与板壳极限分析 1993
32 吕西林等：钢筋混凝土结构非线形有限元理论与应用 同济大学出版社 1997
33 朱伯龙 董振祥：钢筋混凝土非线形分析 同济大学出版社 1985
34 康清梁：钢筋混凝土有限元分析 中国水利水电出版社 1996
35 冯仲齐等：周期荷载作用下钢筋混凝土双肢剪力墙弹塑性分析的有限元方法 建筑结构 1999．2
36 叶英华：钢筋混凝土结构非线形理论综述 哈尔滨建筑工程学院学报 1995．2
37 张仲先等：型钢混凝土粘结性能试验研究 特种结构 2001．6
38 A finite element assessment of flexural strength of prestressed concrete beams with fiber reinforcement cement & concrete composites(2002)
39 Lin.T Y: Structural Concepts and Systems for Architects and Engineers Van Nostrand Reinhold 1998
40 朱伯芳：有限单元法原理与应用 中国水力水电出版社 1998
41 Antonio F.Barboars: Analysis of Reinforced Concrete Structures Using ANSYS Nonlinear Concrete Model Computational Mechanics 1998
42 王国强：实用工程数值计算模拟技术及其在ANSYS上的实践．西北大学出版社．1999．
43 Frosch. R.J. Shear transfer between concrete elements using steel pipe connection. ACI structure journal. 1999(6)
44 陆新征 江见鲸 用ANSYS Solid 65单元分析混凝土组合构件复杂应力 建筑结构 2003 6：22-24
45 包世华等：高层建筑结构设计 清华大学出版社
46 康习军，余志武，张询安 钢-混凝土组合梁负弯矩裂缝非线性有限元模拟分析 长沙铁道学院学报 2000 3，3：28-33
47 吴振声，陈洪水，高向东，等，钢-混凝土组合梁负弯矩区混凝土板裂缝实验研究[J]、哈尔滨建筑工程学报，1993，26(1)：58-61
48 宋玉普，钢筋混凝土构件非线性有限元分析[J]，大连工业学院学报，1984，23(4)：95-103