型钢和压型钢板与混凝土组合板的变形和承载力研究
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摘要
钢与混凝土组合板是20世纪60年代发展起来的一种新型结构形式，具有显著的优势，应用日益广泛。本文通过在压型钢板下沿着波纹方向增设型钢梁，组成型钢和压型钢板与混凝土组合板。这种新型组合板属于双向受弯的正交异性板，受力合理，具有显著的经济效益。
土木工程中的型钢和压型钢板与混凝土组合板一般都属于薄板，本文以薄板理论为基础，来研究型钢和压型钢板与混凝土组合板的受力性能和设计方法。通过分别对组合板沿压型钢板波纹方向和垂直于压型钢板波纹方向弯曲刚度的分析，得出型钢和压型钢板与混凝土组合板两个方向的抗弯刚度，采用有限元分析方法，研究组合板在均布荷载作用下的工作机理和受力性能，提出挠度计算公式。
分析了组合板的破坏方式；采用有限元分析方法研究了四边简支普通跨度和大跨度的型钢和压型钢板与混凝土组合板的抗弯承载力，提出承载力计算方法。对组合板中型钢梁设置的数量、间距和截面尺寸对组合板承载力的影响进行了研究，提出设计原则和方法，为型钢和压型钢板与混凝土组合板的截面设计提供依据。
Composite slab of steel-concrete is a new structure developed since 1960s. Its advantages are so obvious that it is used widely by and by. This thesis brought forward a new composite structure, which combined steel sheet and concrete with additional shaped steel in the direction of wave under steel sheet. This slab belongs to bi-direction load-bending and anisotropic-orthotropic structure. With its effective load-carrying capacity, it is very economical compared with other structures of steel-concrete.
In civil engineering, composite slabs with shaped steel, steel sheet and concrete are usually recognized as thin plates. Based on classic thin plate theory, the author studied the load-carrying capacity and design methods of this structure. Through analyzing bending stiffness of composite slabs in the paralled and cross wise wave direction of steel sheet, the author got load-bending stiffness in these two directions. With the finite elements method, the author studied the mechanism and load-carrying characters under uniform loading of composite slabs and put forward a theorem calculating distortion and analyzed crash mode of this structure.
Four-way simply support common and long span composite slabs were also studied by the author with the finite elements method, and a calculation method was proposed. As quantity, distance and size of cross-section of shaped steel have great influences on load-carrying of whole composite slabs, the author presented design principles and methods, which are useful for future cross-section design of composite slabs with shaped steel, steel sheet and concrete.
土木工程中的型钢和压型钢板与混凝土组合板一般都属于薄板，本文以薄板理论为基础，来研究型钢和压型钢板与混凝土组合板的受力性能和设计方法。通过分别对组合板沿压型钢板波纹方向和垂直于压型钢板波纹方向弯曲刚度的分析，得出型钢和压型钢板与混凝土组合板两个方向的抗弯刚度，采用有限元分析方法，研究组合板在均布荷载作用下的工作机理和受力性能，提出挠度计算公式。
分析了组合板的破坏方式；采用有限元分析方法研究了四边简支普通跨度和大跨度的型钢和压型钢板与混凝土组合板的抗弯承载力，提出承载力计算方法。对组合板中型钢梁设置的数量、间距和截面尺寸对组合板承载力的影响进行了研究，提出设计原则和方法，为型钢和压型钢板与混凝土组合板的截面设计提供依据。
Composite slab of steel-concrete is a new structure developed since 1960s. Its advantages are so obvious that it is used widely by and by. This thesis brought forward a new composite structure, which combined steel sheet and concrete with additional shaped steel in the direction of wave under steel sheet. This slab belongs to bi-direction load-bending and anisotropic-orthotropic structure. With its effective load-carrying capacity, it is very economical compared with other structures of steel-concrete.
In civil engineering, composite slabs with shaped steel, steel sheet and concrete are usually recognized as thin plates. Based on classic thin plate theory, the author studied the load-carrying capacity and design methods of this structure. Through analyzing bending stiffness of composite slabs in the paralled and cross wise wave direction of steel sheet, the author got load-bending stiffness in these two directions. With the finite elements method, the author studied the mechanism and load-carrying characters under uniform loading of composite slabs and put forward a theorem calculating distortion and analyzed crash mode of this structure.
Four-way simply support common and long span composite slabs were also studied by the author with the finite elements method, and a calculation method was proposed. As quantity, distance and size of cross-section of shaped steel have great influences on load-carrying of whole composite slabs, the author presented design principles and methods, which are useful for future cross-section design of composite slabs with shaped steel, steel sheet and concrete.
引文
[1]赵鸿铁．钢与混凝土组合结构．科学出版社，2001
[2]王燕．世界超高层建筑结构材料发展分析．青岛建筑工程学院学报，1997年第3期
[3]詹建敏．压型钢板—混凝土组合楼板抗剪性能试验研究，福州大学硕士论文，2002
[4]严正庭、严立．钢与混凝土组合结构计算构造手册．中国建筑工业出版社，1997，8
[5]周起敬、姜维山、潘泰华．钢与混凝土组合结构设计施工手册．中国建筑工业出版社，1994
[6]Reinhold M. Schuster. "Composite steel-deck concrete floor systems". The Journal of Structural Division Proceeding of the Americal Society of Civil Engineers,Vol. 102,No.st5,May, 1976,P899～917
[7]吴诗金、许敦颐．压型金属板的新发展．工业建筑，1992年第7期
[8]徐芝纶．弹性力学(下册)．高等教育出版社，1985
[9]朱聘儒．双向板无梁楼盖．中国建筑工业出版社，1999
[10]吴连元．板壳理论．上海交通大学出版社，1989
[11]袁必果．钢筋混凝土及砖石结构．武汉大学出版社，1992
[12]陈精一、蔡国忠．电脑辅助工程分析ANSYS使用指南．中国铁道出版社，2001
[13]过镇海．钢筋混凝土原理．清华大学出版社，1999
[14]周氐、康清梁、童保全．现代钢筋混凝土基本理论．上海交通大学出版社，1989
[15]美国ANSYS公司北京办事处．《ANSYS非线性分析指南》，1998
[16]美国ANSYS公司北京办事处．《ANSYS理论手册》，1998
[17]ANSYS Inc. ANSYS Operations Guide, Ninth Edition, 1997
[18]ANSYS Inc. ANSYS Modeling and Meshing Guide, Ninth Edition, 1997
[19]ANSYS Inc. ANSYS Structural Analysis Guide, Ninth Edition, 1997
[20]ANSYS Inc. ANSYS Commands Reference, Ninth Edition, 1997
[21]ANSYS Inc. ANSYS Elements Reference, Ninth Edition, 1997
[22]ANSYS Inc. ANSYS Theory Reference, Ninth Edition, 1997
[23]时卫民、江世永．压型钢板—混凝土组合双向板的内力计算．工业建筑，2001，9
[24]孙荣华、陈世鸣．钢与混凝土组合楼板的纵向抗剪分析．华东工业大学学报，1997
[25]黄英．压型钢板—混凝土组合楼板弯曲受力性能试验研究．福州大学硕士论文，2002
[26]王国强．实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践．西北工业大学出版社，2001
[27]M.S.Troitsky, D.Sc. STIFFNED PLATES BEDNDING,STABILITY AND VIBRATIONS. ELSEVIER CIENTIFIC PUBLISHING COMPANY, 1976
[28]中华人民共和国行业标准．《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)，中国建筑工业出版社，1998
[29]中华人民共和国国家标准．《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)，中国建筑工业出版社，2002
[30]陈富生、邱国桦、范重．高层建筑钢结构设计．中国建筑工业出版社，2002，7
[31]陈世鸣．压型钢板—混凝土组合楼板的承载能力研究．建筑结构学报，2002，6
[32]江见鲸．钢筋混凝土结构非线性有限元分析．陕西科学技术出版社，1994
[33]徐芝纶．弹性力学(上册)．高等教育出版社，1985
[34]刘斌．碾压混凝土细观损伤断裂的仿真模拟．北京工业大学硕士论文，2000
[35]中华人民共和国国家标准．《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)，中国建筑工业出版社，2002
[36]张培卿、刘文如．压型钢板—混凝土组合楼板正截面承载能力的实验研究．哈尔滨建筑工程学院学报，1994，8
[37]李宏、费玉贵．组合楼板按双向板设计的一种方法．工业建筑，1998，8
[38]陈世鸣．压型钢板—混凝土组合楼板设计中的若干问题．建筑结构，2003，1
[39]陈世鸣．连续跨压型钢板—混凝土组合楼板的承载力．钢结构，2001，4
[40]张宇、冯子才、李海旺．压型钢板组合楼板承载力的有限元分析．钢结构，2002，6
[41]陆新征、江见鲸．预应力钢—混凝土组合双向楼板的非线性有限元分析．东南大学学报，2002，9
[42]王祖恩．不同形式的压型钢板—混凝土组合楼板的承载力计算与比较．上海铁道大学学报，1994，3
[43]杨耀乾．平板理论．中国铁道出版社，1980
[44](美)汉斯．实用薄板理论．人民交通出版社，1982
[45](美)西拉德．板的理论和分析．中国铁道出版社，1984，2
[46]朱聘儒．钢-混凝土组合设计原理．中国建筑工业出版社，1989，11
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