[发明专利]一种计算外包波纹侧板混凝土组合梁的抗弯刚度方法

说明书

本发明公开了一种计算外包波纹侧板‑混凝土组合梁抗弯刚度的方法，通过本发明方法能够快速地计算得到外包波纹侧板‑混凝土组合梁抗弯刚度。先获取外包波纹侧板‑混凝土组合梁的钢顶板和底板的厚度和宽度、波纹侧板的波高、梁截面高度和宽度、混凝土楼板的高度和宽度、混凝土和钢材的弹性模量；再按弹性分析，波纹钢板内混凝土的有效截面宽度取波纹钢板的波峰处宽度与波谷处宽度的平均值；采用换算截面法，将组合梁截面换算成钢梁截面进行计算组合梁等效截面中和轴；组合梁弹性中和轴通过换算，得到钢梁截面的形心，计算钢梁截面的形心距截面最顶端的距离x，混凝土与钢构件分别对中和轴取矩，用取矩所得结果计算抗弯刚度。

技术领域

本发明涉及一种计算外包波纹侧板-混凝土组合梁的抗弯刚度方法，属于组合梁结构技术领域。

背景技术

随着时代的进步，经济的发展，普通的钢筋混凝土梁已无法满足高层结构与大跨度结构设计的要求，组合结构因此受到大家的关注，并且不断运用于现代的建筑设计中。钢-混凝土组合梁虽然具有明显的应用优势，但本身受力还存在不少问题，比如混凝土与型钢之间的滑移、混凝土纵向抗剪能力不足等。为改进普通组合梁的不足，外包钢-混凝土组合梁应运而生。外包钢-混凝土组合梁是指将钢板焊接或冷弯成U型，并在内部填充混凝土的一种新型组合梁形式，不仅具有更高的承载力、刚度和延性，而且U型钢能直接作为混凝土浇筑的模板，减少了施工工序。外包波纹侧板-混凝土组合梁的立体结构如图1所示，由U型钢梁和混凝土组成，U型钢梁采用六块波纹钢腹板、一块底部钢板和两块顶部钢板拼焊而成，相邻两块波纹腹板焊接在次梁连接板上以形成U型钢梁的腹板，顶部钢板上焊接槽钢作为抗剪连接件。此外，在U型钢梁内部填充混凝土，并利用后张法张拉预应力钢绞线，用以增强梁的抗弯能力。

新型组合梁用波纹钢腹板代替原先的直钢腹板，能有效增加U型钢梁与混凝土的接触面积，能明显减少U型钢梁与混凝土之间的滑移，使两者协同工作。且经之前的研究发现外包钢-混凝土组合梁的抗剪承载力主要由腹板承担，外包波纹侧板混凝土组合梁采取竖放波纹腹板，与普通直钢板相比能明显提高组合梁的抗剪能力。且可在剪力较大的支座附近采用较厚的的波纹腹板，保证结构可靠。外包波纹侧板-混凝土组合梁的结构剖面图如图2所示，其中b_f、h_f为楼板的宽度和高度，t_u、t_d分别为钢顶板和底板的厚度，b_u、b_d分别为钢顶板和底板的宽度，h_r为波纹侧板的波高，h、b为梁截面高度和宽度，E_c、E_a分别为混凝土和钢材的弹性模量。

准确计算出外包波纹侧板混凝土组合梁的初始抗弯刚度，对控制梁的挠度和裂缝至关重要。截面抗弯刚度可以运用换算截面法将组合梁截面以刚度等效的原则换算成钢梁截面，然后计算截面惯性矩与抗弯刚度。《组合结构设计规范》以及清华大学聂建国教授均采用了考虑滑移效应的折减刚度法对计算得到的刚度进行折减，以此考虑滑移效应等不利因素，但是对于外包波纹侧板混凝土组合梁而言，几乎不发生滑移，且采用折减刚度法的计算公式偏于复杂，因此有必要寻求新的计算方法来计算外包波纹侧板混凝土组合梁的抗弯刚度。

发明内容