1、钢板夹芯混凝土组合梁力学性能优化摘要：近些年来，随着人们生产及其日常生活中对科学技术的迫切需要，许多结构工程中都已经普遍使用了钢板夹芯混凝土组合结构。例如，我们日常生活中常见的桥梁结构和防护结构，还有一些不太常见的组合结构，如船舶结构和近海结构等等，这些结构工程都展示了钢板夹芯混凝土组合结构的广阔应用前景。但是在设计原理方面和设计上，钢板夹芯混凝土组合结构和其它组合结构相比，仍然存在着很多问题，这就需要我们对钢板夹芯混凝土组合结构进行一系列高效率的优化，使其达到我们所需要的标准。本文就从钢板夹芯混凝土组合结构的现状及其性能优化方面进行分析研究。 关键字：钢板夹芯混凝土组合梁 力学性能 优化研究
2、 1、钢板夹芯混凝土组合结构来源及分析 1.1 钢板夹芯混凝土组合结构的来源 在人们的日常生活及生产中，最常见的组合结构就是钢一混凝土组合结构，顾名思义钢一混凝土组合结构就是将钢板和连接件焊接成一体，并在它们的上部或者内部浇注混凝土，使其成为一个完整的组合结构。钢板和混凝土之间的粘结力主要是靠剪力连接件来传递的。目前，钢混凝土组合结构是一种研究比较成熟、应用十分广泛的结构形式，主要包括组合梁、组合柱、组合板和组合剪力墙。这种组合结构在桥梁结构工程及土木结构工程中有着非常广泛的应用前景，但是存在着许多的不足，例如易变性、变形大等等诸多问题，这就迫切需要一种新型的组合结构用来满足人类生活及生产的需
3、要。钢板夹芯混凝土组合结构就是一种继承了钢一混凝土组合结构的优势，并且对其不足之处进行优化而成的新型组合结构。 1.2 钢板夹芯混凝土组合结构的性能分析 钢板夹芯混凝土组合结构就是将使用寿命长久且成本比较低的混凝土材料填充在两层钢板之间，这种方法不仅灵活运用了组合结构的概念，还能够充分发挥各种组合结构的优势，有助于生产生活当中对各项工作的有效开展，最终有助于获得更大的经济效益。在制作过程中，通常在下部和上部钢板上焊接剪力连接件，通过这种方法有效保证钢板和混凝土之间的相互作用。顾名思义，钢板夹芯混凝土组合结构就是属于一种组合构件，上部和下部的核心混凝土抗剪和钢板抗弯构成了这种组合构件。这种钢板夹
4、芯混凝土组合结构不仅仅利用了钢一混凝土组合结构的各种优点，还合理的运用了夹芯复合结构的优点，更关键的是将二者巧妙地结合在一起，使之具有刚度大、施工方便、受力合理、截面结构灵活以及大大提高综合经济效益、比较容易实现产业化生产等各种优点。 2、钢板夹芯混凝土组合结构的应用 2.1 组合结构在桥梁、近海结构工程中的应用 由于实际生活当中的需要，各种桥梁结构和近海结构都需要承受较大的负重，人们普遍使用的钢筋混凝土结构难以满足所需要的各项条件。相比之下，钢板夹芯混凝土这种组 合结构能够有效、充分的发挥混凝土抗压性能高以及钢板抗拉强度大的优点，从而能够承受更大的负重，解决了人们在桥梁、近海结构工程中面临的
5、首要难题。 2.2 组合结构在防爆工程中的应用 最近几年来，由于各种自然灾害的不断发生，例如地震、环境影响、火灾、大爆炸，以及一些人为灾害的发生，例如超重、超载、工作者施工不当、设计师设计失误，钢筋混凝土结构和钢一混凝土结构已经难以满足实际工程中的需要，然而钢板夹芯混凝土组合结构在这些自然灾害和人为灾害的各种防爆炸性能方面表现的较为优越。这种高抗力的组合结构不仅具有独特的抗爆炸性能，还能有效经受住各种形式的爆炸载荷的攻击，其中包括汽车爆炸、卡车爆炸和炸药爆炸等各种爆炸。 2.3 该组合结构在隧道等防护工程中的应用 通过大量工作者的实际操作，将钢板夹芯混凝土这种组合结构应用在隧道等防护工程中，不
6、仅大大提高了隧道等防护结构的稳定性、刚度和承载能力，还能有效增强结构的抗渗性和耐用性。主要是由于内、外层钢板对混凝土具有很强的约束力，能有效发挥钢板抗拉和混凝土抗压的性能，这恰好能够运用在隧道等防护工程中，并且具有一定的优势。 3、钢板夹芯混凝土组合梁力学性能的优化研究 通过近几十年来各位工程界前辈的努力研究和实验分析，我们知道了钢板夹芯混凝土组合梁结构的破坏形式主要包括滑移破坏、弯曲破坏和剪切破坏，并且通过大量实验分析知道发生弯曲破坏的钢板夹芯混凝土组合梁的承载力和延性性能十分的好，剪力连接件的间距和数量都严重影响着组合梁的抗弯承载力。 3.1 钢板夹芯混凝土组合梁的抗弯承载力分析 钢板夹芯
7、混凝土组合梁中的钢板和混凝土之所以能够保证它们整体共同工作，主要是因为剪力连接件传递混凝土和钢板界面上的纵向水平剪力。比较常见的完全剪力连接组合梁和部分剪力连接组合梁就是根据剪力连接程度的大小来划分的。钢板强度、钢板厚度、混凝土强度等等直接影响着钢板夹芯混凝土组合梁的极限抗弯承载力。通过实验分析发现钢板的强度和厚度都对钢板夹芯混凝土组合梁的极限承载力有着很大的影响，混凝土的强度对钢板夹芯混凝土组合梁的极限承载力的影响相对而言小了很多，并且钢板夹芯混凝土组合梁的极限承载力随着钢板的强度和混凝土强度的增大而增大，这就需要我们在实际的工程操作中加大钢板的硬度和增强混凝土的强度来有效的增大钢板夹芯混凝
8、土组合梁的极限承载力。 3.2 钢板夹芯混凝土组合梁的界面滑移分析 钢板夹芯混凝土组合梁实质上就是将混凝土浇注在焊有剪力连接件的两层钢板之间，这种组合结构的力学模型可以简单的视为由钢板、剪力连接件和混凝土组合而成的一个完整组合体。剪力连接件是钢板夹芯混凝土组合梁中最为重要的一个部分，它不仅仅有助于协调钢板和混凝土之间的连接，还决定着钢板和混凝土之间的界面抗剪能力，从而有效保证钢板与混凝土产生组合效应并能很好的共同工作。在日常的工程中一般都是采用柔性剪力连接件，采用这种较为柔软的剪力连接件的目的主要是利用自身的变形来实现传递钢板与混凝土界面间的剪力的作用，柔性剪力连接件沿着组合梁传递剪力之后，混
9、凝土和钢板之间的界面伴随着一定的相对滑移，就是这种界面滑移对组合梁的性能有着极其重要的影响，其中主要包括：对组合梁中的混凝土和钢板之间的界面受力性能降低，并且随着梁长位置的改变而改变； 降低了组合梁的截面抗弯刚度，使组合梁的截面抗弯刚度成为了一个变值；大大的降低了截面的组合效应，使得组合截面抗弯承载力严重减小，通过大量分析实验可知组合梁跨中的界面滑移为零，并且最大界面滑移发生在组合梁的端部，因此可以通过提高剪力连接件的抗剪刚度，缩小剪力连接件的沿梁长方向上的布置间距等方法来有效减小钢板与混凝土间的界面滑移。 结语： 本文主要通过对钢板夹芯混凝土组合结构在生产生活当中的性能进行研究分析以及在桥梁、近海结构工程和隧道等防护工程中的应用，最终对钢板夹芯混凝土组合梁力学性能进行了一系列的优化研究并得出了较好的优化方案。 参考文献： 1夏培秀.钢板夹芯混凝土组合梁力学性能与破坏机理研究D.固体力学.2013 年 2唐力强.钢板夹芯混凝土组合板界面滑移计算分析J.应用力学学报.2012 年 3孙建超.钢板混凝土组合剪力墙受剪性能实验研究N.全国高层结构学术交流会论文集.2012 年
