钢-竹组合工字形梁界面滑移及变形分析

基于初等梁变形理论和界面滑移与应变差关系,建立了钢-竹组合工字形梁界面相对滑移微分方程,推导出3种常见荷载作用下的组合梁钢-竹界面滑移和应变差解析解,在此基础上依据虚功原理提出了界面滑移引起的跨中附加挠度理论计算公式,从而形成了钢-竹组合工字形梁考虑滑移效应的跨中挠度计算方法,进一步通过6根梁的模型试验,探讨了界面应变差、界面滑移分布以及组合梁变形,并与试验结果进行了比较。理论分析和试验研究结果表明:钢-竹界面应变差的理论计算值与试验结果吻合较好,受压区和受拉区应变差分布基本相同;组合梁的纯弯区段,界面滑移曲线斜率增大,而弯剪区段则逐渐减小,界面滑移在梁端达到最大值,且在整个弯剪区段保持较大水平,因此在该区域布置连接件,可有效提高组合梁的整体工作性能;考虑界面滑移效应后的理论分析结果与未考虑滑移效应的换算截面法相比,更接近组合梁真实的变形,平均误差由11.5%减小为1.64%,随着变形的增大,基于界面滑移效应的钢-竹组合梁变形分析方法的优越性将更为突出。

预应力钢-竹组合工字形梁受弯性能有限元分析

采用有限元软件ABAQUS对预应力钢-竹组合工字形梁的受弯性能进行了三维非线性有限元分析,模型中考虑了重组竹的各向异性和屈服准则,引入内聚力单元模拟了钢-竹界面的黏结滑移,并将模拟结果与试验结果进行了对比,探讨了预应力大小对组合梁受弯性能的影响规律。结果表明:模拟与试验中,预应力钢-竹组合工字形梁的破坏特征及荷载-挠度曲线基本一致,容许承载力及最大跨中挠度吻合较好;配置预应力筋可提高组合梁的刚度,但随着预应力值的增大,组合梁刚度无明显变化,而极限承载力及变形能力提高,钢-竹界面胶层破坏情况延缓,当预应力过大时会导致组合梁钢-竹界面过早脱胶、极限承载力降低,为了满足承载能力和变形性能的要求,建议预应力施加值为普通钢-竹组合工字形梁的容许承载力值。

基于遗传算法的钢-竹组合工字形梁截面优化设计

以钢-竹组合构件的计算理论与设计方法为研究背景,结合结构优化设计的相关理论对钢-竹组合工字形截面梁进行优化设计。此次优化有成本最小化和抗弯刚度最大化两个目标,采用加权系数法将两个目标转化为单一优化目标,并加以承载力和构造要求的约束条件,最终建立钢-竹组合工字形截面梁多目标优化设计的数学模型。利用遗传算法搜索得到设计参数的最优解,对组合梁的含钢率、翼缘宽厚比和腹板高厚比随加权系数变化的规律及其取值进行分析研究。优化结果表明:采用遗传算法进行优化后的钢-竹组合工字形截面梁的截面参数取值合理,其中组合梁的含钢率范围在9%~20%之间;翼缘宽厚比取5左右为宜;腹板高厚比的取值不小于10且不大于40,同时高厚比随着组合梁跨度的增加逐渐减小,其中跨度较小时取30左右,跨度较大时约取15。优化设计实例表明了所采用的优化思路和优化方法对钢-竹组合工字形梁截面的优化是有效可行的。