角支撑钢结构模块双梁力学性能研究

作者简介：中国矿业大学&墨尔本大学

在本研究中，将不同界面连接的叠合不等宽槽钢梁引入到角支撑模数化钢建筑中，以增强模数化建筑中相邻梁与模块之间的相互作用。这些叠层梁由C形截面组成，通过螺栓通过它们的法兰作用在一起。首先，对具有简单界面接触相互作用的槽梁(LB-C)、附加4个剪切螺栓连接的槽梁(LB-C- 4b)和具有8个剪切螺栓连接的槽梁(LB-C- 8B)进行了一系列实验。采用独立弯曲通道梁(ICB)作为控制试件，分别对LB-C、LB-C- 4b和LB-C- 8b的结构性能进行了测试。为了进一步理解叠层不等截面梁的受弯性能，建立了叠层不等截面梁的有限元模型，并利用试验结果进行了验证。结果表明，LBC、LB-C-4B和LB-C-8B的力学性能明显优于ICB。此外，叠合梁的破坏模式在很大程度上取决于楼盖与天花板梁之间的界面连接刚度。加强层合梁的界面相互作用可以提高层合梁的抗弯性能。最重要的是，本研究提出了快速预测叠层梁初始弯曲刚度的分析程序。

为加强预制模块之间的连接，提高模块化钢结构的整体性，本研究在角支撑式钢结构中引入了不同界面连接方式的叠合不等宽槽梁。通过力学试验与有限元分析相结合，系统地研究了叠层不等槽梁的力学性能。此外，一个分析程序被发展预测的荷载能力和梁的初始弯曲刚度。主要结论如下:

1 对于仅存在界面接触相互作用的LB-C，其破坏受界面区域的屈曲变形控制;相比之下，附加螺栓剪切连接的LB-C-4B和LB-C-8B试件跨中翼缘出现屈曲破坏。对于ICB，屈曲破坏发生在上翼缘。

2 叠层梁的承载能力、初始弯曲刚度和割线刚度均明显大于ICB。其中，试件LB-C、LB-C- 4b和LB-C- 8b的破坏载荷分别比试件ICB高50%、61%和84%，初始弯曲刚度分别提高24%、58%和122%，断线刚度分别提高69%、106%和75%。

3 界面连接的力学刚度对叠合梁的抗弯破坏模式有显著影响。随着界面连接刚度的增加，梁的抗弯性能得到显著改善。

4 所建立的解析方法可以较好地预测等槽钢层合梁的初始弯曲刚度。