考慮界面滑移效應(yīng)的鋼-混凝土組合梁橋動(dòng)力性能試驗(yàn)與理論研究.pdf

1、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)極富創(chuàng)新空間，在體系輕柔的橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用廣泛，其動(dòng)力性能和振動(dòng)控制問題愈來愈引起工程界的關(guān)注。當(dāng)前，組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念是采用栓釘?shù)热嵝约袅B接件，允許鋼和混凝土的界面發(fā)生一定滑移，以達(dá)到兩者“柔性”協(xié)同工作的目的。界面滑移效應(yīng)對組合結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律是當(dāng)前國內(nèi)外組合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題，但目前的研究多集中在靜力性能方面，針對界面滑移對動(dòng)力性能影響規(guī)律及計(jì)算方法的研究較少。通過理論解析、模型試驗(yàn)和數(shù)值分析方法，研究了界面滑

2、移效應(yīng)對組合梁和預(yù)應(yīng)力組合梁的自振頻率、阻尼等振動(dòng)特性的影響規(guī)律，并提出了實(shí)用計(jì)算方法，主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)進(jìn)行了5根跨度3.8m的簡支鋼-混凝土組合梁的模態(tài)試驗(yàn)，其中4根采用栓釘剪力件，剪力連接度分別為0.6、0.7、1.0和1.4，另一根采用開孔鋼板剪力件（近似認(rèn)為剛性連接）。試驗(yàn)結(jié)果表明:與采用開孔鋼板剪力件的試驗(yàn)梁相比，剪力連接度小于等于1.0的三根梁，其前4階豎彎模態(tài)頻率的減小幅度均在10％以上，最大為26％;

3、剪力連接度為1.4的梁基頻減小了6.1％，2～4階自振頻率減小幅度也均在10％以上;剪力連接度為1.4的梁較連接度為0.6的梁基頻增大了13.2％?？梢?，界面滑移效應(yīng)對組合梁自振頻率的影響不容忽略，計(jì)算中須予以考慮。
　　(2)根據(jù)鋼梁和混凝土板的分離體模型，考慮界面變形協(xié)調(diào)，得到了考慮界面滑移效應(yīng)的組合梁振動(dòng)控制微分方程。基于該方程的解析解，針對界面剪力連接剛度、截面幾何特性等對簡支組合梁自振頻率的影響規(guī)律進(jìn)行了參數(shù)分析，進(jìn)一步

4、揭示了界面滑移效應(yīng)對組合梁動(dòng)力性能的影響規(guī)律。
　　(3)提出了考慮界面滑移效應(yīng)時(shí)組合梁自振頻率的兩種實(shí)用計(jì)算方法:滑移系數(shù)法和修正折減剛度法。
　　滑移系數(shù)法是將組合梁自振頻率的解析推導(dǎo)結(jié)果剝離為兩部分:其一是不考慮界面滑移的計(jì)算結(jié)果，即運(yùn)用換算截面剛度計(jì)算得到的頻率;其二為由界面滑移引起的折減效應(yīng)，可由界面剪力連接剛度和截面幾何參數(shù)計(jì)算得到。
　　分析了按靜力計(jì)算中普遍采用的折減剛度計(jì)算組合梁自振頻率的可行性，結(jié)果

5、表明，靜力折減剛度法適用范圍有限，在某些情況下，計(jì)算結(jié)果甚至?xí)c實(shí)際規(guī)律相悖;基于此，對靜力剛度折減系數(shù)附加一項(xiàng)修正系數(shù)，提出了組合梁自振頻率計(jì)算的修正折減剛度法，拓展了靜力折減剛度在動(dòng)力計(jì)算中的適用范圍。
　　(4)基于復(fù)阻尼理論及各階振型單個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)阻尼耗能相等的原則，推導(dǎo)了組合梁各階模態(tài)的等效阻尼比計(jì)算公式，公式在形式上為組合梁兩種材料的阻尼比關(guān)于剛度的加權(quán)平均，可用于不考慮界面滑移耗能時(shí)，組合梁各階振型阻尼比的計(jì)算。

6、r>　　(5)提出了考慮界面滑移的體外預(yù)應(yīng)力組合梁自振頻率計(jì)算方法，綜合考慮了體外預(yù)應(yīng)力和界面滑移對組合梁自振頻率的影響。開展了4片體外預(yù)應(yīng)力組合梁的模態(tài)試驗(yàn)，研究了體外預(yù)應(yīng)力對組合梁豎彎模態(tài)頻率的影響，結(jié)果表明:直線形體外預(yù)應(yīng)力對梁頻率影響較小，基本在1.5％范圍內(nèi);折線形體外預(yù)應(yīng)力由于增加了梁的表觀剛度，引起梁自振頻率的增大，且隨著體外束偏轉(zhuǎn)角的增加，自振頻率增幅趨大?；谀B(tài)試驗(yàn)結(jié)果，對提出的自振頻率計(jì)算方法進(jìn)行了驗(yàn)證，其1階和2