钢-混凝土组合箱梁的侧向屈曲

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1、第25卷第3期华中科技大学学报(城市科学版)VO1．25NO．32008年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2008钢一混凝土组合箱梁的侧向屈曲蒋丽忠，孙林林(中南大学土木建筑学院，湖南长沙410075)摘要：本文通过对组合箱梁侧向失稳形式的理论分析，提出组合箱梁稳定性分析的计算模型，采用能量法对钢一混凝土组合箱梁负弯矩区的侧向稳定性进行探讨，推导在等端弯矩作用下组合箱梁在弹性受力阶段时的临界失稳弯矩计算公式，确定箱型组合梁负弯矩区稳定设计的修正方法和建议意见，通过研究对比表明本文提出的计算公式比现行组合梁的稳定理论和计算方法具有更高的可靠性和经济性

2、。关键词：箱型钢一混凝土组合梁；侧向失稳：失稳模型：临界弯矩中图分类号：TU398+．9文献标识码：A文章编号：1672—7037(2008)03—0005—05钢一混凝土组合箱梁是在钢结构，混凝土结构，和薄壁箱梁基础上发展起来的一种新型结构1基本假定形式，它由结构上部的混凝土板和下部的钢箱梁组成，混凝土板和钢箱梁之问通过剪力连接件进组合梁中的钢梁，与自由的简支钢梁(非约行连接。这种结构能充分发挥钢材受拉、混凝土束钢梁)的侧向失稳不同，它的上翼缘嵌固在刚抗压，使结构具有承载力高、塑性和韧性好、增度较大的混凝土翼缘板上，侧向变形和扭转变形加有效使用空问，施工方便、经济效果显著的优都受到了一

3、定程度的约束；下翼缘受压，虽然有势，在大跨度桥梁和高层建筑中得到广泛应用。可能产生一些侧向位移和扭转角，但也不是完全在实际结构中，混凝土翼缘板的抗弯、抗扭自由而是受到腹板的侧向约束，因此组合梁的侧刚度很大，混凝土板通过栓钉与钢箱梁上翼缘紧向失稳可以定义为伴随钢梁腹板侧向受弯的形变密地连成一体，所以对于组合梁正弯矩区不存在侧向失稳。侧向失稳验算问题。但在组合梁的负弯矩区域，梁的失稳包括受压下翼缘的侧向失稳、腹板的局部失稳、下翼缘侧向失稳与腹板局部失稳同时发生的相关失稳3种形式。在负弯矩区域，钢梁下翼缘在承受较大的可变荷载以及不利荷载分布时，呈受压状态而产生侧向失稳，并伴随钢梁腹板的横向变形

4、，很容易出现整体失稳的现象。但是，在我国现行钢结构设计规范中没有组合梁稳定设计的内容，工程界用的方法既不统一，结果也过于保守。本文根据钢一混凝土组合梁整体失稳的形式建立相应的失稳模型，并根据简化的计算模型采用能量法对钢一混凝土组合梁负弯矩区的侧向稳定性进行研究，给出组合梁在弹性受力阶段临界图1纯弯组合梁的受力与坐标轴和截面尺寸弯矩的计算公式。如图1所示，单轴对称钢一混凝土组合梁，在收稿日期：2008—03—05作者简介：蒋丽忠(1971一)，男，湖南衡阳人，教授，博士，研究方向为组合结构和工程结构抗震研究lzhjiang@mail．CSU．edu．cn。基金项目：国家自然科学基金(504

5、38020；50778177)；湖南省杰出青年基金资助项目(07JJ1009)。·6·华中科技大学学报(城市科学版)2008年其刚度大的yz平面内承受着均匀负弯矩。采用固定的右手坐标系，坐标原点为钢梁下翼缘的形心。为了计算方便作如下假定：(1)不考虑初始缺陷、残余应力，材料是各向同性的完全弹性体，构件为等截面梁，构件的侧向弯曲变形是微小的；(2)由于梁在弯曲平面内的抗弯刚度很大，平面：+㈤内在屈曲前的弯曲变形对侧向弯曲的影响不考虑；(3)钢梁上翼缘不发生侧向变形和扭转变形；(4)忽略混凝土的抗弯作用只考虑混凝土翼板中3等端弯矩作用下的侧向屈曲钢筋的抗弯作用。箱型钢一混凝土组合梁侧向扭转屈

6、曲的应变2失稳模型能包括钢梁下翼缘的侧向弯曲应变能U，，钢梁下翼缘的扭转变形应变能U，，i腹板的侧向弯曲应根据假定，可以采用如图2所示的失稳模型。变能U，腹板的侧向弯曲应变能U，它们的表达式分别为：=1JEIybUB,z2dz(5)11一．z=易一8寺j2dz(6)／，．l—I81—一4一+丽E3眠[2(7)4—一21tuwi“+“+2(1一)“一,yy，，，ldydz+砖一f[“叫2，+(8)2lluwj“+“+2(1一)U2一l,yy，，zz，ldydz式中，为钢梁下翼缘对Y轴的惯性矩，，=bb3ftb／l2；E为钢梁的弹性模量；+U=U1+U2+U3+4(9)计算外力功时可先取出一

7、微段dz，将其视为承受轴力为erdA的微元体，其外力功为根据上面所述，假定兀型组合梁弹性屈曲时，W=』』(2：2，：)dAdz+1』』Ow．U~，dAdz横截面下翼缘的侧向变形为，扭转变形为谚，，上翼缘的侧向变形受到混凝土翼缘板的完(10)全约束，根据变形协调关系可以求得腹板弯曲变组合梁在图2所示等端负弯矩作用下，横截面上形U和下翼缘的变形V为钢梁的纵向应力可以表示为=)“=I一3(]一2(]l“cz+=)⋯)：％O"b=-融c：~