洞口宽度变化的实验及理论研究

对于负弯矩作用下的腹板开洞组合梁，开洞大小决定了钢梁腹板的削弱程度，从负弯矩区洞口受力特征（图4.1）可以看出，洞口的宽度和剪力共同决定着洞口角点处次弯矩的大小。为了研究不同宽度的洞口对负弯矩作用下腹板开洞组合梁受力性能的影响程度，对3个洞口宽度不同的组合梁试件进行了对比分析，试件参数见表4.2，示意图如图4.14、图4.15所示。

图4.14　洞口宽度变化时负弯矩区组合梁试件示意图与截面尺寸

图4.15　洞口宽度变化情况

1）承载力与变形能力

洞口高度变化下各负弯矩区组合梁试件的荷载-挠度曲线如图4.16所示，对应数值见表4.15。

图4.16　洞口宽度变化下负弯矩区组合梁的荷载-挠度曲线

表4.15　洞口宽度变化时负弯矩区组合梁承载力及挠度值对比

通过对比分析可以得到如下结论：

①与试件B-1相比，试件F-1、F-2的洞口宽度依次减小了100 mm和200 mm，对应的承载力提高19.4%和43.1%，说明在其他参数相同时，减小洞口宽度能够显著提高负弯矩作用下腹板开洞组合梁的承载力，洞口宽度越小，截面刚度越大，对抗剪承载力越有利。

②随着洞口宽度的减小，试件F-1、F-2的变形能力都有一定程度的提高，与试件B-1相比，最大挠度分别提高了14.1%和26.7%，说明在其他参数相同时，洞口宽度越小，组合梁试件的变形能力越大，洞口宽度对负弯矩作用下的腹板开洞组合梁的变形能力有一定的影响。

2）洞口区域剪力分担

为了定量分析洞口宽度变化对洞口区截面剪力分担的影响，计算得到洞口区各截面承担的剪力大小，见表4.16。(www.xing528.com)

表4.16　洞口宽度变化时负弯矩区组合梁洞口截面剪力分担

注：V为截面总剪力；Vc为混凝土板剪力；Vs为洞口上钢梁截面剪力；Vb为洞口下钢梁截面剪力。

表4.16中的结果表明：

①试件B-1的洞口宽度最大，其混凝土板承担的剪力比重也最大，占截面总剪力的83.5%；随着洞口高度的减小，试件混凝土板承担的剪力比重也明显减小，分别占到截面总剪力的76.3%和70.5%；结合图4.16可以看出，洞口宽度较大时，混凝土板承担的剪力比重加大，对应试件的承载力和变形能力都会下降。

②随着洞口宽度的减小，各试件钢梁部分承担的剪力比增加明显，占截面总剪力的比重由16.5%上升至29.5%，其中上钢梁截面承担的剪力由12.4%上升至17%，下钢梁截面承担的剪力由4.1%上升至12.5%；结合图4.16可以看出，洞口宽度较小时，钢梁承担的剪力比重增加，对应试件的承载力和变形能力都会有所增加。

③洞口宽度减小使钢梁承担的剪力比重增加，对抗剪承载力是有利的。可见洞口宽度变化对负弯矩作用下腹板开洞组合梁的抗剪性能有较大影响。

3）栓钉滑移值分布

洞口高度变化时各负弯矩区组合梁试件滑移沿梁长度方向的分布见表4.17。

表4.17　洞口宽度变化时负弯矩区组合梁滑移沿梁长方向的分布

通过分析可以得到如下结论：

①荷载作用初期，试件滑移分布平缓，栓钉受力都比较小；随着荷载的增加，滑移值在洞口区域出现突变，极限荷载时，滑移最大值都出现在洞口左端，说明洞口区域的栓钉受力较大。

②虽然洞口宽度减小后腹板刚度会有所增大，但洞口处滑移分布并没有显著下降，原因是传递到混凝土板上的剪力Vc还是比较大（表4.16），洞口区域的栓钉需要传递较多的剪力。