对简支钢板组合梁的完整的长期极限试验外文翻译资料

 2022-07-25 20:58:36

对简支钢板组合梁的完整的长期极限试验

摘要：

本文详细地介绍了两个完整的简支钢-混凝土梁的研究实验，探讨了它们的长期行为，以及它们的行为会如何影响最后响应。标本由钢梁和钢桥面混凝土板形成，并且具有相同的跨度和横截面。钢板的肋部与钢龙骨的纵向轴线正交，作为典型建筑铺地复合材料的次梁。这些梁是按照符合澳大利亚规范来设计的，剪力连接程度为0.79。样品使用未支撑的结构，一个试样保持整个试验时间段空载。第二个试样持续均匀地分布载荷约四个月后，加载失效了。该研究要特别注意的是，由于压型钢板的存在会使水分从板的底部流出，混凝土薄层会发生不均匀的收缩。短期和长期的试验指出了剪力连接器的反应会随时间推移而变化。引进了一个分析模型来预测复合梁的长期行为，并且它的可行性得到了实验报告的验证。由于它的简便，提议的方法适用于应用设计。

1. 介绍

复合梁普遍应用于建筑和桥梁。本文考虑的复合板是通过剪切连接器用混凝土板连接到一个钢龙骨形成钢板。后者通常通过异形挡板焊接钢铁法兰的顶部。组合板的主要优势是能依赖钢甲板充当永久和完整的样板的能力，并且一旦混凝土硬化，钢甲板能随之加固。由于复合建筑钢板的存在对未支撑的复合材料板的结构有效,因此减少了支撑的需要。

之前的复合梁[1]的研究显示了当预测他们响应数据的时候，考虑剪切连接器的可变形性（尤其是剪力的相互作用）的重要性。在过去几十年，对线性弹性材料属性(例如[1-11]),时间影响(例如[12-27]),和几何与材料非线性的影响都进行了大量的工作。

尽管在过去的两个几十年里，对长期行为组合进行了广泛的分析数值工作，在现有的文献中只有非常有限的基准测试实验数据,例如[47-52]。最近作者进行了一系列的实验,旨在评估剪切连接形成的钢梁和一个实心板(即没有钢甲板)[53-54] 的梁设计部分的长期行为及其对复合的终极行为的影响。在这种背景下,本文的范围是提供新的长期基准测试数据的数值模拟和复合形成的复合梁板的最终反应。这是着重考虑到钢甲板在地板应用上的日益流行。他们的特殊性行为(与固体板相比)依靠压制钢板的存在可以防止水分从板的背面流出,因此影响了干燥复合板的蠕变和收缩。这也会在复合板[55,56]厚度层产生不均匀收缩。

两个全面复合梁准备作为这项研究的一部分进行测试。样本依据目前澳大利亚规范[57]和剪力连接程度为0.79设计。梁使用未支撑的结构浇铸，来隔离在长期测试试验中蠕变和收缩的影响。一个梁持续27天均匀分布从混凝土浇灌的载荷,剩下的一个梁是保持卸载来测量收缩效应。短期和长期进行排出试验来获取剪切连接器的反应信息。来确定复合地板梁最终行为的长期效应,受到长期持续负载的样品从中跨点负载应用的混凝土浇灌的加载试验在第141天失效。

标准圆柱体实验确定了两个钢-混凝土材料的瞬时特性。具体评估测量的时间行为是气缸加载下的变形持续恒定负载并受收缩。

用专用的长期变形固体和没有准备钢筋的组合板样品来研究监测不均匀收缩的发生。以前的工作作者[53，58]分析提出了考虑收缩分布扩展的不均匀以及肋骨和响应的剪切连接器的存在时间的解决方案。这些表达式验证了该实验结果,并且它们的易用性适合设计计算。

2. 实验计划

2.1概述

实验项目分为三个主要部分。第一个是调查两个测试梁的全面长期行为，第二个是研究如何影响最终的复合反应。第三部分旨在收集通过板厚度并考虑其包含在设计计算的非线性收缩发生的实验数据。使用这些测试的制备样品和测试过程则在下文概述。

2.2试样

两个相同的全面简支组合梁按照澳大利亚规范[57]和澳大利亚实践细节设计。

两个8米长具有相同横截面、材料性能和剪切连接的梁,命名为CSB1和CSB2。横截面的细节如图1a所示。镶嵌侧面1毫米厚Stramit Condeck惠普钢板[59]的125 mm组合板,图1描述如b图所示。薄膜的肋骨正交于纵轴的钢梁,如图1所示。两层N12钢筋(12毫米直径条)被放置在200毫米间距的图1中指定的两个方向25 毫米的封面的顶部板。梁的跨度和横截面尺寸定为8 米次梁间距为2.8米是一个典型的建筑复合地板系统使用的代表。
综合设计是基于部分剪切连接,是剪切连接器横截面构成的重要组成部分。使用19毫米直径和剪切连接器
安装后他们的高度是95毫米。这些被放置在一个302毫米的间距,即每通过一个抗剪连接件,如图1,所示


导致部分剪力连接度为0.79。
2.3仪表
复合梁的长期和最终行为通过测量混凝土与钢筋之间的组件(即滑落)和
不同的位置沿构件长度的张力变形量和相对纵向位移来监测。
在长期的测试中,千分表用于测量挠度和滑动拉紧时的缝隙读数。三个千分表,贴上DG-1 DG-2 DG-3,放置在钢梁的四分之一的梁跨度点下面
(图2)来测量梁的变形量。用滑动千分表在梁两端(即结束滑)支撑点附近的剪切连接器的位置(图2 b)。这些都是贴上SL1和SL10结束滑读数，剩余的作为SL2 SL9的。在位置SL4 SL7的滑动只在最终的测试采取。监测三个季度跨截面沿梁长度的应变数据。三个截面进行长期监测的应变测量的安排实验如图3 a和b所示。

在最终测试中,千分表取代线性变量差动传感器(线性)偏转和滑动的测量。在截面处的应变仪是用来测量远离中跨500毫米的张力;在10到60毫米应变仪上分别使用钢梁和混凝土板。应用于CSB2极限载荷测试的压力指标位置如图3 c所示。

2.4．长期测试过程

梁是使用施工使用专门设计的未支撑的钢框架体系来支持钢板和流出的潮湿的混凝土钢梁。这些钢结构螺栓被连接到钢梁网,如图4所示。这方法已经被作者在以前的长期测试将固体板在梁上使用并且被[53]报道过。未支撑结构的使用使得在流出时混凝土的自重由钢梁承受,因此避免了混凝土的静负荷混入。托梁和板的自重分别是0.4 kN / m和6.9 kN / m。

梁CSB1整个长期测试一直卸载只启用收缩效应的监测(如没有外部负载和顺向蠕变由于这些抵制这个示例)。

CSB2从混凝土受到相当于8.94 kN / m的持续27天的负载及其长期行为受到由于持续的外部负载的收缩和蠕变的影响。持续从混凝土浇灌装载134天后被删除。外部持续负载应用使用8个1200毫米times;1200毫米times;280毫米混凝土块安排在四组(图5),这加载装置一共16点负荷在，整个成员平等长度代表一个均匀分布的负载(图5)。用这个压力负荷安排,没有直接应用已经显示在[60]的连接器,当测试与深梯形梁形成薄膜时，是特别重要的。

2.5．最终检验程序

梁CSB2从混凝土浇灌141天后受到加载应用的的中跨部分的液压千斤顶随动控制(图6)。为此分布梁连接到液压千斤顶如图6所示。测试是行程控制执行3毫米/分钟的速度。在实验中,记录负载和液压千斤顶的行程。梁最初加载到15毫米的偏差,在它之后被卸载。这个过程在装货前梁重复了三次失败。

2.6．材料特性

2.6.1．混凝土结构,混凝土瞬时属性

所有的样品都在同一天。表1显示了混凝土混合物的成分用于实验的细节。使用标准的混凝土抗压强度进行了直径300毫米和高度150毫米圆柱体混凝土的测试。两个混凝土圆柱体测试,称为CC1和CC2从铸造开始进行29天，而其他两个缸测试,称为CC3 CC4,从铸造后进行了149天。结果的总结报告在表2和图7所示的应力-应变曲线。29天的平均弹性模量测量是27250 MPa,149天的是27350 MPa。

2.6.2.混凝土收缩

四个标准混凝土圆柱体直径150毫米和高度150毫米被用来监视自由收缩。收缩测量2天后开始使用从混凝土浇灌的100毫米缝隙点。图8显示了四缸的平均收缩压力与压缩压力报道积极的价值观。所有数据似乎是一致的。

2.6.3.混凝土徐变蠕变测量

进行混凝土徐变标准测试。两组混凝土圆柱体(直径150毫米和高度150毫米)在混凝土浇灌27天后产生5.75 MPa和7.5 MPa的压力持续加载负荷,平均的结果已分别被称为这两组样本CT1 CT2,并在图9所示。缝隙目标被放置于应变测量100毫米的计量长度。的蠕变系数phi;(t,27)在时间t的一个通用的即时计算负载应用于铸造后27天获得的总应变和收缩数据如下:

其中是总应变(图9), 代表瞬时应变, 是蠕变应变,用是收缩压力(图8)。计算蠕变系数图10所示显示了两个压力水平很好的协议的结果。

2.6.4．型钢

钢铁部件的材料属性(法兰和网钢托梁、钢筋、钢板和剪切使用标准券测试连接器)测量。主要结果列于表3，相应的应力-应变曲线绘制在图11。

2.6.5．剪切连接器

按照欧洲规范推出测试执行获取剪切连接器的滑动负荷关系[61]。短、长期推出测试都使用相同的执行标本的维度和基于这些的细节梁样本:板厚125毫米,310ub40钢部分[62],N12的 25毫米的钢筋和混凝土保护层(图12)。滑动测量值是用剪切连接器使用线性可变差动传感器(线性)和千分表分别对于短期和长期的测试位置。

图13显示了测量滑动负荷短期推出测试的曲线与测量一个连接器121.5 kN的平均最大承载能力,平均初始剪切连接224000 kN / m的刚度。

长期推出测试标本也接受了从混凝土浇灌27天的持续负载。应用总负载是135 kN,相当于基于瞬时测试的结果30%的四个剪切连接器的所有能力。滑动记录测量随着时间的推移如图13所示b，正读值描述钢梁经历向下运动情况下,板仍然在它的位置。逐步曲线取决于低分辨率的刻度盘的读数。

2.7.温度和湿度的测量

温度和湿度对蠕变和混凝土的收缩产生重大影响。在长期的实验中，测试标本放置在温度和湿度没有控制的室内实验室。温度和周围环境的湿度每隔两小时记录两个样本对整个长期的持续时间测试。夏天(测试)的开始到冬季(测试时终止)突出的季节性变化观察到的平均温度是22.6°C和每日平均水平读数如图14所示。日平均相对湿度(RH)的读数如图14所示b，平均值为62%,在35% - -80%范围内。

2.8.不均匀收缩的试验研究

三种类型的样本,分为A,B和C,分别准备调查非均匀收缩的发展在复合材料板和识别定性收缩的分布。因此,小规模板是没有内部强化和保持卸载监控总收缩引起的变形。A型样品由固体板的顶部和底部的表面外露(这样所有板表面都可以干)。B型板是除了面板底部是用塑料封闭的其余相同的类型样品因此避免水分从表面出来。C型样本镶嵌在钢板上。在后一种情况下,B型板与指定的干燥条件相同而异形挡板的存在提供了板的底部额外的约束。准备两组样本，每组考虑使每个板的类型包括一个标本,如表4详细。所有样品的四个边板用塑料来密封来防止水分出口发生,因为这可能会发生在一个真正的地板上。特别仔细注意支持防止任何形式的约束条件被应用到样本,因此只影响样品收缩。为此,第一组测试的标本,被称为SS1,SS2 SS3,被放置在钢球,使水平自由变形的平面板发生和消除可能限制提供的支持。在这种情况下总变形测量通过目标定位缝隙板的顶部和嵌入式应变仪放置在样品层，描绘如图15 a和b。第二组的样品,称为SS4,SS5和SS6保存在一个垂直的被三个滚柱支座支持的位置。第二组样本的变化取向是基于的能力后者样本被检测缝隙目标的板(不像那些第一组在底部的没有读数的板)的两面如图15所示c和d。

这两组测试是不同批次混凝土的情况下进行的,对混凝土设置使用一个相同的简支梁。

沿板在不同的深度的测量应变实例如图16所示。第一组(即样本SS1-SS3),应变测量开始于混凝土浇筑后一天,在第二个测试中,在倒入混凝土5天后开始读数。这些测量概括了最终的变形展露在实心板的顶部和底部表面(也就是样本SS1和SS4)在截面均匀(图16 a - b)即使实际收缩侧面可能不均匀[56]。SS2和SS5的样本(即实心板地面密封),总变形保持线性而生成一个剖面分明的曲率描绘在图16 c - d。值得注意的是,在样本SS2和SS5的顶面的应变测量值分别大于SS1和SS4大约25 - 50%。基于这项研究的时段考虑，底部张力读数保持在100微应变。在复合材料板SS3和SS6应变剖面似乎分别类似SS2和SS5的情况下,尽管在钢板上提供额外约束。这些测试的结果表明,阻止水分从板的底面出来，诱导通过平板层的不均匀收缩剖面。

本研究的目的是确定一个简化的方法考虑这些收缩效应和由线性分布定义,考虑到下述反应的最简单剖面。很明显,也可能采用更复杂的剖面,像抛物线或立方的。从这个意义上说,收缩分布发展出了一个暴露在两面的实心板(样品)型通常被认为是均匀的,按照指定可用设计指规范,即使更复杂的不均匀收缩分布也可能发生[56]。在此基础上简化可能使一个均匀收缩的大小等同于现成的自由收缩，按设计规范或测量实验。在后者的情况下获得其值要么卸载混凝土圆柱体,如图8,或从实心板暴露两面,如图16 a-b。

当考虑实心板只能暴露一个面的情况下(关于B型样品),假定的线性变化的收缩分布可以定义为大约的一个最高值。取1.25 - -1.5倍自由收缩应变和相应的底部曾产生最坏情景的0到0.5之间的值(自由收缩)。对底面压力值引进上限为0.5,即使没有观察到SS1-SS6样品测试实验的持续期，说明预期收缩的最终开发的可能性也在这个位置。实际上,上文详细说明的宽度范围的结果缺乏文献中更好定义设计收缩分布的极端值的可用的实验数据。

3.试验结果

3.1.长期的实验

3.1.1.偏转

在长期的测试期间，偏转读数测量代表所有瞬间组成的垂直位移,一个蠕变(如果混凝土加载)和收缩组件。图17显示了随着时间的变化如何测量中跨的偏转。

初次测量两梁瞬时变形量的日子,即0天,代表梁带着潮湿的混凝土的自重

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