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原文传递考虑界面滑移效应的钢-混凝土组合梁桥动力性能试验与理论研究

论文题名：	考虑界面滑移效应的钢-混凝土组合梁桥动力性能试验与理论研究
关键词：	钢-混凝土组合梁桥;界面滑移效应;动力性能;自振频率计算;等效阻尼比;体外预应力组合梁
摘要：	钢-混凝土组合结构极富创新空间，在体系轻柔的桥梁结构中应用广泛，其动力性能和振动控制问题愈来愈引起工程界的关注。当前，组合结构的设计理念是采用栓钉等柔性剪力连接件，允许钢和混凝土的界面发生一定滑移，以达到两者“柔性”协同工作的目的。界面滑移效应对组合结构的影响规律是当前国内外组合结构领域研究的热点问题，但目前的研究多集中在静力性能方面，针对界面滑移对动力性能影响规律及计算方法的研究较少。通过理论解析、模型试验和数值分析方法，研究了界面滑移效应对组合梁和预应力组合梁的自振频率、阻尼等振动特性的影响规律，并提出了实用计算方法，主要研究内容包括: 　　(1)进行了5根跨度3.8m的简支钢-混凝土组合梁的模态试验，其中4根采用栓钉剪力件，剪力连接度分别为0.6、0.7、1.0和1.4，另一根采用开孔钢板剪力件（近似认为刚性连接）。试验结果表明:与采用开孔钢板剪力件的试验梁相比，剪力连接度小于等于1.0的三根梁，其前4阶竖弯模态频率的减小幅度均在10％以上，最大为26％;剪力连接度为1.4的梁基频减小了6.1％，2～4阶自振频率减小幅度也均在10％以上;剪力连接度为1.4的梁较连接度为0.6的梁基频增大了13.2％。可见，界面滑移效应对组合梁自振频率的影响不容忽略，计算中须予以考虑。　　(2)根据钢梁和混凝土板的分离体模型，考虑界面变形协调，得到了考虑界面滑移效应的组合梁振动控制微分方程。基于该方程的解析解，针对界面剪力连接刚度、截面几何特性等对简支组合梁自振频率的影响规律进行了参数分析，进一步揭示了界面滑移效应对组合梁动力性能的影响规律。　　(3)提出了考虑界面滑移效应时组合梁自振频率的两种实用计算方法:滑移系数法和修正折减刚度法。　　滑移系数法是将组合梁自振频率的解析推导结果剥离为两部分:其一是不考虑界面滑移的计算结果，即运用换算截面刚度计算得到的频率;其二为由界面滑移引起的折减效应，可由界面剪力连接刚度和截面几何参数计算得到。　　分析了按静力计算中普遍采用的折减刚度计算组合梁自振频率的可行性，结果表明，静力折减刚度法适用范围有限，在某些情况下，计算结果甚至会与实际规律相悖;基于此，对静力刚度折减系数附加一项修正系数，提出了组合梁自振频率计算的修正折减刚度法，拓展了静力折减刚度在动力计算中的适用范围。　　(4)基于复阻尼理论及各阶振型单个振动周期内阻尼耗能相等的原则，推导了组合梁各阶模态的等效阻尼比计算公式，公式在形式上为组合梁两种材料的阻尼比关于刚度的加权平均，可用于不考虑界面滑移耗能时，组合梁各阶振型阻尼比的计算。　　(5)提出了考虑界面滑移的体外预应力组合梁自振频率计算方法，综合考虑了体外预应力和界面滑移对组合梁自振频率的影响。开展了4片体外预应力组合梁的模态试验，研究了体外预应力对组合梁竖弯模态频率的影响，结果表明:直线形体外预应力对梁频率影响较小，基本在1.5％范围内;折线形体外预应力由于增加了梁的表观刚度，引起梁自振频率的增大，且随着体外束偏转角的增加，自振频率增幅趋大。基于模态试验结果，对提出的自振频率计算方法进行了验证，其1阶和2阶自振频率计算值的平均偏差分别为8％和10％，而采用换算截面刚度的计算结果平均偏差分别为21％和43％。
作者：	张书兵
专业：	建筑与土木工程
导师：	王景全;殷惠光
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文