外包内翻U形钢-混凝土组合梁负弯矩区受弯性能研究

江世永; 吴泓滔; 江泽申; 赵毅; 周剑; 刘向刚

doi:10.15935/j.cnki.jggcs.202501.0014

结构工程师 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (01) : 118 -132. DOI: 10.15935/j.cnki.jggcs.202501.0014

外包内翻U形钢-混凝土组合梁负弯矩区受弯性能研究

江世永, 吴泓滔, 江泽申, 赵毅, 周剑, 刘向刚

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摘要

外包内翻U形钢-混凝土组合梁（简称外包钢组合梁）与普通H形钢组合梁相比，具有承载力高、延性好、节省钢材、耐火和防腐性能好等优点，但目前关于外包钢组合梁负弯矩区受弯性能的研究较少。为了研究外包钢组合梁负弯矩区受弯性能，对4根简支组合梁进行了受弯试验研究，研究参数包括钢梁形式、抗剪连接件形式和纵筋排布方式。对比分析了各试件的破坏模式，基于荷载-挠度曲线和荷载-滑移曲线等试验结果，对其刚度、承载力和延性等力学性能进行了评价。试验结果表明，该组合梁满足完全抗剪连接，混凝土翼板与腹板能够协同工作，具有良好的整体抗弯性能。外包钢组合梁的延性优于H形钢组合梁；槽钢对滑移的抵抗效果和截面裂缝发展的控制效果优于栓钉；采用纵筋集中排布的组合梁，剪力滞后效应相较纵筋均匀排布组合梁更加明显。基于试验结果建立并验证了有限元模型，在此基础上进行了U形钢板厚度、翼板宽厚比和腹板高宽比等参数分析。结果表明：随着U形外包钢厚度的增加，试件纯弯段截面的屈服面积逐渐减小；翼板厚度对试件抗弯性能影响不大；随着腹板高宽比增大，腹板受压区高度升高，混凝土利用率上升；随着翼板宽度的增加，刚度及承载力也随之增加，剪力滞后效应明显。基于平截面假定和完全抗剪连接，提出负弯矩区抗弯承载力计算公式。该公式计算结果与试验及有限元计算结果吻合较好，且具有一定的安全储备，可用于工程设计。